基于可见光通信的室内定位装置及室内定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供基于可见光通信的室内定位方法：根据各优选信号建立光信号接收模块与各光源模块之间的多边测量定位方程组；求解多边测量定位方程组以将其最优解作为惯性导航模块的初始位置信息；根据最优解计算得到光信号接收模块的移动速度作为惯性导航模块的初始速度信息；当待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之外的盲区位置时，将初始位置信息及初始速度信息输出至惯性导航模块以供其输出导航参数作为定位信息；当待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之内或光信号覆盖区域的边缘位置时，利用滤波器将初始位置信息、初始速度信息及导航参数进行融合，并将融合后的最优估计值作为定位信息，提高了室内光覆盖边缘位置和盲区位置的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
基于可见光通信的室内定位装置及室内定位方法
本专利技术涉及室内定位
，特别是涉及基于可见光通信的室内定位装置及室内定位方法。
技术介绍
室内定位已经成为一个新兴的并且极富有吸引力的
，对室内导航应用的需求也越来越大。在户外场景的定位系统中，全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)已经被广泛使用，GPS不仅可以确定使用者的位置，还可以用来跟踪移动用户的路径。然而，在室内环境中，由于卫星信号通过大型建筑物的墙体时功率发生衰减，GPS的性能会受到较大限制，这也将导致使用GPS作为室内导航系统时将产生较大、不可接受的定位误差。各种各样的室内定位系统被提出来规避上述问题，有些定位系统采用现有的基础设施，例如Wi-Fi，但其定位精度并不足够好，通常为1-5米，有些定位系统具有良好的定位精度，例如超宽带系统(UltraWideBand，UWB)，然而该系统价格较为昂贵。因此，没有额外安装成本和电磁干扰问题的基于LED的可见光定位系统变得非常有前景，该定位技术可以应用于位置追踪、控制机器人运动、物品寻找等各个领域。在过去的研究中，已有不少基于可见光通信(VisibleLightCommunication，VLC)的定位方法被提出，其中大部分方法只能实现二维定位，部分方法可以实现三维定位，但是他们的定位精度还不够，特别是在可见光覆盖边缘位置和覆盖盲区，定位误差会变得较大，目前所采用的解决方案如可见光信标法、指纹识别法和图像传感器成像法等尚不能彻底解决该问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供基于可见光通信的室内定位装置及室内定位方法，用于解决现有技术中可见光定位方法在可见光覆盖边缘位置和覆盖盲区位置定位精度较差的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于可见光通信的室内定位装置，所述室内定位装置供设于待定位对象，包括：数据处理模块、及分别与其电性连接的光信号接收模块及惯性导航模块；其中：所述光信号接收模块用于：接收室内部署的各具有可见光通信功能的光源模块所发出的光信号，并将各所述光信号分别转换为电信号；从各所述电信号中选取多个作为优选信号输出；所述惯性导航模块用于：根据初始位置信息及初始速度信息输出导航参数，据以作为所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之外的盲区位置时的定位信息；所述数据处理模块用于：根据各所述优选信号建立所述光信号接收模块与各所述光源模块之间的多边测量定位方程组；求解所述多边测量定位方程组以得到其最优解，作为所述惯性导航模块的初始位置信息；根据所述最优解计算得到所述光信号接收模块的移动速度，作为所述惯性导航模块的初始速度信息；利用滤波器将所述初始位置信息、所述初始速度信息、及所述导航参数进行融合，并将融合后的最优估计值作为所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之内或光信号覆盖区域的边缘位置时的定位信息。于本专利技术一实施例中，所述光信号接收模块选取多个所述电信号作为优选信号的实现方式包括：选择信号强度最大的三个或三个以上的电信号作为优选信号。于本专利技术一实施例中，所述数据处理模块建立所述多边测量定位方程组的实现方式包括：根据各所述优选信号的信号功率值及其对应的光源模块的发射功率值，计算所述光信号接收模块与各所述光源模块之间的距离值；以所述光信号接收模块的三维坐标分别与各所述光源模块的三维坐标之间的距离为等量关系建立所述多边测量定位方程组。于本专利技术一实施例中，所述数据处理模块采用非线性优化算法求解所述多边测量定位方程组。于本专利技术一实施例中，所述非线性优化算法包括：信赖域算法。于本专利技术一实施例中，所述数据处理模块根据所述最优解计算得到所述光信号接收模块的移动速度的实现方式包括：以所述最优解与其前一个坐标位置之间的距离作为移动距离以所述光信号接收模块从所述前一个坐标位置移动至所述最优解所对应的坐标位置之间的时间作为移动时间；根据所述移动距离与所述移动时间的比值计算得到所述移动速度。于本专利技术一实施例中，所述光信号接收模块，还用于将各所述电信号放大和/或滤波后予以输出。于本专利技术一实施例中，所述滤波器包括：卡尔曼滤波器。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于可见光通信的室内定位方法，应用于室内定位装置的数据处理模块；所述室内定位装置供设于待定位对象，还包括分别与所述数据处理模块电性连接的光信号接收模块及惯性导航模块；所述方法包括：根据各优选信号建立所述光信号接收模块与各所述光源模块之间的多边测量定位方程组；其中，各所述优选信号的生成方式包括：所述光信号接收模块接收室内部署的各具有可见光通信功能的光源模块所发出的光信号并将各所述光信号分别转换为电信号；所述光信号接收模块从各所述电信号中选取多个作为优选信号输出至所述数据处理模块；求解所述多边测量定位方程组以将其最优解作为所述惯性导航模块的初始位置信息；根据所述最优解计算得到所述光信号接收模块的移动速度，作为所述惯性导航模块的初始速度信息；当所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之外的盲区位置时，将所述初始位置信息及所述初始速度信息输出至所述惯性导航模块以供其输出导航参数作为所述定位信息；当所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之内或光信号覆盖区域的边缘位置时，利用滤波器将所述初始位置信息、所述初始速度信息、及所述导航参数进行融合，并将融合后的最优估计值作为所述定位信息。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现如上所述的基于可见光通信的室内定位方法。如上所述，本专利技术的基于可见光通信的室内定位装置及室内定位方法，具有以下有益效果：解决了现有技术中可见光定位方法在可见光覆盖边缘位置和覆盖盲区位置定位精度较差的问题，大大提高了室内光覆盖边缘位置和盲区位置的定位精度。附图说明图1显示为本专利技术一实施例中的室内定位装置的应用场景示意图。图2显示为本专利技术一实施例中的室内定位装置的结构示意图。图3显示为本专利技术一实施例中的室内定位方法的流程示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。基于可见光通信技术的室内定位已经越来越流行，在过去的研究中已有很多不同的定位算法被提出，比较常见的定位算法有可见光信标法、图像传感器成像法、几何测量法和指纹识别法等，其中，主流方法是几何测量法，该方法主要采用三边定位法、三角定位法或双曲线定位法，这三种方法需要测量几何边长和角度，可以通过接收信号强度(RSS)、信号到达时间差(TDOA)、信号到达相位差(PDOA)等测量方案来实现。但是，在实际的商业应用中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可见光通信的室内定位装置，其特征在于，所述室内定位装置供设于待定位对象，包括：数据处理模块、光信号接收模块、及惯性导航模块；其中：所述光信号接收模块用于：接收室内部署的各具有可见光通信功能的光源模块所发出的光信号，并将各所述光信号分别转换为电信号；从各所述电信号中选取多个作为优选信号输出；所述惯性导航模块用于：根据初始位置信息及初始速度信息输出导航参数，据以作为所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之外的盲区位置时的定位信息；所述数据处理模块用于：根据各所述优选信号建立所述光信号接收模块与各所述光源模块之间的多边测量定位方程组；求解所述多边测量定位方程组以得到其最优解，作为所述惯性导航模块的初始位置信息；根据所述最优解计算得到所述光信号接收模块的移动速度，作为所述惯性导航模块的初始速度信息；利用滤波器将所述初始位置信息、所述初始速度信息、及所述导航参数进行融合，并将融合后的最优估计值作为所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之内或光信号覆盖区域的边缘位置时的定位信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的室内定位装置，其特征在于，所述室内定位装置供设于待定位对象，包括：数据处理模块、光信号接收模块、及惯性导航模块；其中：所述光信号接收模块用于：接收室内部署的各具有可见光通信功能的光源模块所发出的光信号，并将各所述光信号分别转换为电信号；从各所述电信号中选取多个作为优选信号输出；所述惯性导航模块用于：根据初始位置信息及初始速度信息输出导航参数，据以作为所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之外的盲区位置时的定位信息；所述数据处理模块用于：根据各所述优选信号建立所述光信号接收模块与各所述光源模块之间的多边测量定位方程组；求解所述多边测量定位方程组以得到其最优解，作为所述惯性导航模块的初始位置信息；根据所述最优解计算得到所述光信号接收模块的移动速度，作为所述惯性导航模块的初始速度信息；利用滤波器将所述初始位置信息、所述初始速度信息、及所述导航参数进行融合，并将融合后的最优估计值作为所述待定位对象位于室内的光信号覆盖区域之内或光信号覆盖区域的边缘位置时的定位信息。2.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征在于，所述光信号接收模块选取多个所述电信号作为优选信号的实现方式包括：选择信号强度最大的三个或三个以上的电信号作为优选信号。3.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征在于，所述数据处理模块建立所述多边测量定位方程组的实现方式包括：根据各所述优选信号的信号功率值及其对应的光源模块的发射功率值，计算所述光信号接收模块与各所述光源模块之间的距离值；以所述光信号接收模块的三维坐标分别与各所述光源模块的三维坐标之间的距离为等量关系建立所述多边测量定位方程组。4.根据权利要求3所述的室内定位装置，其特征在于，所述数据处理模块采用非线性优化算法求解所述多边测量定位方程组。5.根据权利要求4所述的室内定位装置，其特征在于，所述非线性优化算法包括：信赖域算法。6.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏颖东，
申请(专利权)人：上海亚明照明有限公司，上海飞乐音响股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31