[发明专利]三维无线光定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种室内移动终端的三维无线光定位系统及方法。本发明室内移动终端的三维无线光定位系统，包括：两个光源发射机和一个接收机；其中，光源发射机为安装于天花板上的一字线激光器，接收机位于接收平面，接收机上安装有光电检测器1和光电检测器2，用于接收光源发出的光信息。本发明的有益效果：1、可以采用更少的光发射机的数量(只采用2个光源)，部署更为简单，不需要光源之间的严格同步，且可移植性好2、不依赖于照明系统，无需已知或者事先测量照明光源的辐射模式，与照明系统独立部署，互不干扰，不受照明系统的限制3、可应用于不同的室内场景，可以实现精确的室内三维定位，可以精确地判断终端的实际方位情况(即朝向)。

技术领域

本发明涉及定位领域，具体涉及一种室内移动终端的三维无线光定位系统及方法。

背景技术

随着移动互联网、物联网、虚拟现实等技术的不断发展，人们对高精度室内定位的需求变得越来越多。对于传统的GPS卫星定位技术，由于其信号在穿越墙壁时会经历严重的衰减，因此其无法在室内或地下提供精准的定位或导航服务。近年来，作为GPS的替代方案，许多新型室内定位技术不断发展。在这些技术中，基于无线光通信的可见光定位技术已成为研究的热点，可以实现厘米级别精度的室内定位。然而，由于其实现原理的限制，在部署传统可见光定位系统的过程中，还是存在着一些困难，限制了该系统的普及速度与应用范围。

传统技术：

1、基于子区域代理方案的可见光定位系统实现最为简单，该系统通过改造室内已有的照明光源，使其向四周区域广播位置信标，移动终端根据接收到的信标来判断其在室内所处的子区域。

2、另一中应用广泛的方案是三边测量定位方案。该方案需要三个以上的光源来进行定位，通过测量各个光源与接收机之间的距离，从而实现三边定位。为了测量距离，通常采用到达时间法(TOA)、到达时间差法(TDOA)以及接收信号强度法(RSS)。

传统技术存在以下技术问题：

1、子区域代理方案的精度与光源部署密度有关，其定位精度通常在米级别，精度较差。为了提高定位精度，需要部署大量的经过改造的光源，以发射不同的位置信标(即提高光源的部署密度)，这会增加系统的实现成本。同时，在相邻子区域的交界处，该方案还存在着信号干扰的问题，使系统无法正确恢复信标信息，影响定位质量。

2、对于三边测量定位方案，在采用TOA和TDOA方法时，需要收发机之间或光源之间保持严格的时间同步，这增加了系统的实现复杂度。而在采用RSS方法时，在理想状态下的光源具有朗伯辐射特性，但在实际情况光源很难满足理想的朗伯模型，且不同房间中的光源皆不相同，因此需要已知或者提前拟合LED光源的辐射特性，这增加了系统的实现复杂服，使系统无法兼容不同室内应用场景(即兼容性不佳、可移植性差)。同时，为了实现三边测量，至少需要三个LED光源，这在LED数量不足的场景中限制了定位方案的使用。

3、当前的室内可见光定位方法主要依附于室内照明系统，受照明系统的限制较大。

4、当前的室内可见光定位方法主要面向室内二维定位，难以实现精确的室内三维定位，同时难以判断终端的实际方位情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种室内移动终端的三维无线光定位系统及方法，如何通过设计一种全新的室内无线光定位系统及其定位方法，减少光发射机的数量(即3)，并且不依赖于照明系统(即无需已知或者事先测量照明光源的辐射模式，与照明系统独立部署，互不干扰，不受照明系统的限制，不需要光源之间的严格同步，且可移植性好)，可应用于不同的室内场景，可以实现精确的室内三维定位，可以精确地判断终端的实际方位情况(即朝向)。