基于可穿戴设备的融合室内定位方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于可穿戴设备的融合室内定位方法、系统及装置，采用密勒编码使每一路的LED‑ID光信号均含有定时分量，从而可解决多个LED灯具异步发送信息有干扰而无法正确解码的问题，同时持LED光源异步播送LED‑ID信息，在连续窗口过采样机制下通过Goertzel算法即可实现单次采样解码多路LED‑ID，从而支持用户在移动过程中的实时定位；并且，基于双LED修正RSS算法配合加速度传感器的惯性导航定位算法可解决当LED信号被遮挡时导致的定位性能急剧下降的问题。因此，本发明专利技术有效解决了可穿戴设备的室内定位问题，可对移动中的用户实现实时精确定位，适用于展览馆、博物馆、购物中心和超市等室内场景，可用性强，实用价值大。

Fusion Indoor Positioning Method, System and Device Based on Wearable Equipment

【技术实现步骤摘要】
基于可穿戴设备的融合室内定位方法、系统及装置
本专利技术涉及可见光定位
，尤其是基于可穿戴设备的融合室内定位方法、系统及装置。
技术介绍
基于可见光通信(VisibleLightCommunication，VLC)的室内定位技术，又称可见光定位(VisibleLightPositioning，VLP)技术。由于该技术具有定位精度可达厘米级、绿色环保、不受现有无线系统的电磁干扰影响、同时兼顾照明和定位等显著优势，已成为当前室内定位领域的一个研究和应用热点。VLP系统一般由多个LED组成。在常见的方案中，发射机通过硬件电路调制相邻LED发出不同频率正弦波或方波。接收机由PD和微控制器组成，微控制器对PD接收到的模拟光信号执行模拟数字转换(AnalogtoDigitalConverter，ADC)和快速傅里叶变换(FastFourierTransform，FFT)，将接收信号强度的FFT谱幅度作为参数进行相应的定位算法，从而求出接收端的位置坐标。目前，大多数VLP技术中所设定的定位场景均是使VLP接收机处于某一高度、静止状态以及周围无任何遮挡状态下的，其提出的方法和算法仅适用于该场景和环境，只能在该场景环境下正常工作，而无法适用当该可穿戴设备穿在行人身上时，在行人移动状态下的定位环境。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供基于可穿戴设备的融合室内定位方法、系统及装置，可对移动中的用户实现实时精确定位。为了弥补现有技术的不足，本专利技术实施例采用的技术方案是：本专利技术第一方面提供了基于可穿戴设备的融合室内定位方法，包括以下步骤：采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息；基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED-ID信息；基于双LED修正的RSS算法融合加速度传感器的惯性导航定位算法实现目标物的室内定位。作为第一方面的改进，所述采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息，包括：对连续相邻的相同二进制LED-ID信息，交替使用不同的FSOOK频率进行编码；基于频分复用机制将编码后的多路LED-ID信息进行异步传输作为第一方面的改进，所述基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED-ID信息，包括：基于双缓冲采样机制的硬件电路进行ADC可见光信号采样；将A/D采样完成的缓冲区数据等间隔分为若干个连续过采样窗口；依序对每一窗口进行Goertzel变换，针对任一窗口，选取一组频率集中最大谱幅度对应的频率作为该窗口的解调频率；剔除具有重复的解调频率的窗口，根据LED-ID信息的周期特性恢复LED-ID信息的编码频率顺序；通过密勒编码的映射关系，解码得到多路LED-ID信息。作为第一方面的改进，在所述通过密勒编码的映射关系，解码得到多路LED-ID信息中，所述的LED-ID信息的幅度为所选取窗口的平均幅度值。作为第一方面的改进，所述基于双LED修正的RSS算法融合加速度传感器的惯性导航定位算法实现目标物的室内定位，包括：以可穿戴设备接收到幅度最大的两个LED作为一个LED组，对所述LED组配置不同的LED-ID信息并广播发送所述的LED组信号，根据LED组信号的LED-ID信息以及幅度得到VLP预估位置；利用加速度传感器获取目标物的移动步长、方位角以及上一时刻的历史位置信息，预测得到惯性导航预估位置；基于极大似然计算法融合VLP预估位置和惯性导航预估位置，得到目标物的室内定位信息。本专利技术第二方面提供了基于可穿戴设备的融合室内定位系统，包括：编码模块，用于采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息；解码模块，用于基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED-ID信息；定位模块，用于基于双LED修正的RSS算法融合加速度传感器的惯性导航定位算法实现目标物的室内定位。本专利技术第三方面提供了基于可穿戴设备的融合室内定位装置，包括：处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器；所述处理器读取可执行指令并执行以下步骤：采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息；基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED-ID信息；基于双LED修正的RSS算法融合加速度传感器的惯性导航定位算法实现目标物的室内定位。本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：采用密勒编码后可以使每一路的LED-ID光信号均含有定时分量，从而可以解决多个LED灯具异步发送信息有干扰而无法正确解码的问题，同时还支持若干个LED光源随机异步播送LED-ID信息，以及在连续窗口过采样机制下通过Goertzel算法即可实现单次采样解码多路LED-ID，从而从整体上支持用户在移动过程中的实时定位；并且，基于双LED修正RSS算法配合加速度传感器的惯性导航定位算法可更加有效地获取用户的位置信息，解决当LED信号被遮挡时导致的定位性能急剧下降的问题。因此，本专利技术有效解决了可穿戴设备放置在用户身上这种特殊情况下的室内定位问题，可对移动中的用户实现实时精确定位，适用于展览馆、博物馆、购物中心和超市等室内场景，可用性强，实用价值大。附图说明下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的实施方案。图1是本专利技术实施例的基于可穿戴设备的融合室内定位方法的步骤流程图；图2是本专利技术实施例的目标物的融合室内定位的应用流程示意图；图3是本专利技术实施例中解码多路LED-ID信息的步骤流程图；图4是本专利技术实施例的模拟演示示意图；图5是本专利技术实施例的基于双LED修正的RSS算法的原理示意图一；图6是本专利技术实施例的基于双LED修正的RSS算法的原理示意图二。具体实施方式参照图1，本专利技术第一实施例提供了基于可穿戴设备的融合室内定位方法，包括以下步骤：采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息；基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED-ID信息；基于双LED修正的RSS算法融合加速度传感器的惯性导航定位算法实现目标物的室内定位。具体地，在本实施例中，FSOOK(FrequencyShiftOn-OffKeying)，即频移开关键控；RSS算法即接收信号强度算法，这是一种现有技术，本实施例所采用的是经过双LED修正的RSS算法；Goertzel算法则是本领域用于信号处理的一种现有算法；LED为发射机，LED-ID信息即由LED向外广播发送的编号信息，用于提供后续步骤的编码识别。作为第一实施例的改进，本专利技术的另一实施例提供了基于可穿戴设备的融合室内定位方法，其中，采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息，包括：对连续相邻的相同二进制LED-ID信息，交替使用不同的FSOOK频率进行编码；基于频分复用机制将编码后的多路LED-ID信息进行异步传输。在本实施例中，相邻个LED(即发射机)共采用J种不同频率的FSOOK信号发送LED-ID信息，为了防止相邻LED灯具光信号的干扰，单个LED灯具分别使用不同的I种频率的FSOOK信号循环播放LED-ID信息，其中一种频率表示LED-ID信息帧头，剩余频率表示二进制信息“0”和“1”，且有J,M,I∈N+；发射机基于密勒编码的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于可穿戴设备的融合室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED‑ID信息；基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED‑ID信息；基于双LED修正的RSS算法融合加速度传感器的惯性导航定位算法实现目标物的室内定位。

【技术特征摘要】
1.基于可穿戴设备的融合室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息；基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED-ID信息；基于双LED修正的RSS算法融合加速度传感器的惯性导航定位算法实现目标物的室内定位。2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的融合室内定位方法，其特征在于，采用密勒编码和FSOOK调制以实现异步传输多路LED-ID信息，包括：对连续相邻的相同二进制LED-ID信息，交替使用不同的FSOOK频率进行编码；基于频分复用机制将编码后的多路LED-ID信息进行异步传输。3.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的融合室内定位方法，其特征在于，所述基于连续窗口过采样机制，采用Goertzel算法解码多路LED-ID信息，包括：基于双缓冲采样机制的硬件电路进行ADC可见光信号采样；将A/D采样完成的缓冲区数据等间隔分为若干个连续过采样窗口；依序对每一窗口进行Goertzel变换，针对任一窗口，选取一组频率集中最大谱幅度对应的频率作为该窗口的解调频率；剔除具有重复的解调频率的窗口，根据LED-ID信息的周期特性恢复LED-ID信息的编码频率顺序；通过密勒编码的映射关系，解码得到多路LED-ID信息。4.根据权利要求3所述的基于可穿戴设备的融合室内定位方法，其特征在于，在所述通过密勒编码的映射关系，解码得到多路LED-ID信息中，所述的LED-ID信...

【专利技术属性】
技术研发人员：江明，袁剑丰，李正鹏，刘名，
申请(专利权)人：佛山市顺德区中山大学研究院，广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44