一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统，包括硬件系统、强鲁棒性的指纹匹配定位算法以及基于该定位算法的LiFi定位技术；所述硬件系统包括LED信号发射端与光电二极管PD信号接收端，所述LED信号发射端经过信源编码后，通过时分多路复用TDMA的形式驱动4个LED灯珠发送包含ID的信号，所述光电二极管PD信号接收端接收到信号后，经过两级运算放大器后产生两路不同的信号，一路信号经过模数转换后产生定位所需要的电压值—RSS值，另一路经过电压比较器后输出0与1数字信号，经过解码后识别包含LED的唯一ID码；光电二极管PD信号接收端通过解码操作后，采集到4路不同LED的RSS值并构成一个与指纹点的空间坐标位置对应的RSS指纹库。标位置对应的RSS指纹库。标位置对应的RSS指纹库。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统


[0001]本专利技术涉及车辆导航及检测相关技术设备领域，尤其涉及一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统。

技术介绍

[0002]卫星导航系统在室外可以取得良好的定位效果，然而其信号线性度强，多径干扰严重，无法穿透墙壁等因素，导致无法提供室内定位服务。人们的绝大部分活动时间是在室内场景中进行的，因此，与室外定位系统一样，室内定位系统也显得同等重要。由于现有室内环境已大面积覆盖无线保真(Wireless Fidelity,WiFi)技术，因此，基于WiFi的指纹匹配室内定位系统已被广泛研究，然而由于WiFi存在非视距传输，多径干扰严重，信号稳定性差，即使在较高的WiFi发射源分布密度下，依然只能实现米级别的定位精度。况且室内停车场的WiFi密度更低，信号更弱，导致定位误差更大，无法满足室内停车场的定位与导航。目前，室内的照明设施普遍采用发光二级管(Light Emitting Diode,LED)，由于LED的频谱资源非常丰富，可实现高速率可见光通信，基于LED的通信技术有望成为下一代的无线通信技术，且可以为高精度的室内定位服务提供一种新的解决方案，因此近几年备受研究人员关注。
[0003]按定位原理的不同，我国主流的室内定位技术可分为四大类：(1)基于传感器的室内定位技术：红外线、超声波、惯性导航、计算机视觉；(2)基于射频信号的室内定位技术：Wi
‑
Fi、蓝牙、ZigBee、蜂窝网络、射频识别、超宽带；(3)融合定位技术：不同传感器进行位置信息融合；(4)地磁定位技术：利用室内环境中不同点位地磁场强度差异进行定位。而上述技术大多需要依赖较多的硬件成本以及产生更多功耗。
[0004]在专利专利技术人的的另一专利申请方案中：专利申请号为2023201529676，专利名称为一种基于可见光通信的高精度室内停车场定位系统设计的技术专利中，通过利用室内停车场的发光二极管照明基础设施，提出了一种基于可见光通信的高精度室内停车场定位系统。本专利申请文件提供的方案是在上述在申请的专利中，进行改进，通过使用强鲁棒性的指纹匹配定位算法以及基于该定位算法的LiFi定位技术，车辆导航以及车位检测。

技术实现思路

[0005]为实现以上目的，本专利技术提供一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统，包括硬件系统、强鲁棒性的指纹匹配定位算法以及基于该定位算法的LiFi定位技术；
[0008]所述硬件系统包括LED信号发射端与光电二极管PD信号接收端，所述LED信号发射端经过信源编码后，通过时分多路复用TDMA的形式驱动4个LED灯珠发送包含ID的信号，所述光电二极管PD信号接收端接收到信号后，经过两级运算放大器后产生两路不同的信号，
一路信号经过模数转换后产生定位所需要的电压值—RSS值，另一路经过电压比较器后输出0与1数字信号，经过解码后识别包含LED的唯一ID码；光电二极管PD信号接收端通过解码操作后，采集到4路不同LED的RSS值并构成一个与指纹点的空间坐标位置对应的RSS指纹库；
[0009]初始化定时器捕获中断后，在接收到上升沿时我们开始计数，下降沿时再结束计数，当前计数值既为脉宽。如果脉宽为同步位我们则进入状态一，然后记录下一个脉宽为第一位ID位并且进入状态二，再记录下一个脉宽第二位ID位并且进入状态三，然后在捕获到上升沿时(也就是到达测压位)进入状态四，同时线程内会执行ADC采集记录数值然后进入状态五。
[0010]所述强鲁棒性的指纹匹配定位算法根据目标点在不同位置的RSS观测值向量自适应匹配最优的近邻值K，从而提高定位的鲁棒性与精度；
[0011]所述LiFi定位技术于包括硬件系统中定位于天花板上的M个LED信号发射端，将定位区域均匀的划分为网格结构，网格结构网格点设定为指纹参考点，定位区域中分布N个指纹点，均匀的分布在二维定位平面上，目标在定位区域内移动，结合相关指纹匹配法可以实现停车场内目标车辆所处位置的定位。
[0012]优选的，所述定位区域中分布的N个指纹点，记θ
n
，表示第n个指纹点的坐标，即为：
[0013]n＝1,2，
…
，N。
[0014]优选的，所述LiFi定位技术的离线阶段时，所述光电二极管PD信号接收端指纹参考点，分别收集来自M个LED的光功率值，即接收信号强度RSS值，并由其构成一个RSS测量矩阵即
[0015][0016]优选的，所述向量表示PD在第n个指纹参考点采集到M个LED的RSS值向量，即：
[0017][0018]优选的，所述LiFi定位技术的在线阶段时，第t个集成PD的目标采集到M个LED的RSS值向量Y
t
＝R
M
，即:
[0019]其中，t＝1，2，
…
，Q，Q表示目标的个数。
[0020]优选的，所述LiFi定位技术的计算目标点RSS观测值向量Y
t
＝R
M
与N个指纹参考点RSS测量向量之间的距离向量
[0021]并初始化最大近邻值K
max
，计算匹配的RSS参差值，即：A(:；ii)＝φ(:；I(ii))；
[0022]其中，表示与索引集对应的测量矩阵的K列值，计算目标点的RSS重构值，即
[0023]其中，B＝[B1，B2，
…
，B
K
]T
∈R
k
×1，每个元素B
k
即
[0024][0025]计算实际测量值与重构值之间的残差值E
K
，即
[0026][0027]E(K)＝E
K
；
[0028]最后即可求得最优的近邻值K，即
[0029]K＝arg min(E)；s.t.1≤K≤K
max
；
[0030]结合坐标算法可得第t个目标的坐标，即
[0031][0032]其中，θ
n(k)
表示根据索引集I找到的对应指纹点的坐标。
[0033]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，有以下优点：
[0034]通过对目前停车市场的分析，利用新一代信息技术，设计室内发光二极管照明基础设施及，综合应用于城市室内外停车位的管理、查询、租用、导航服务，实现停车位资源的实时更新、查询、租用与导航服务一体化。
[0035]与现有相关产品相比大幅度提升了车位利用率和服务质量，降低了人工管理成本。运用了创新的“强鲁棒性的指纹匹配定位算法”和“共享车位”概念，为停车市场的管理和停车者的使用进行了优化，且定位算法具有突出的实质性技术特点和进步。
附图说明
[0036]图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统，其特征在于，包括硬件系统、强鲁棒性的指纹匹配定位算法以及基于该定位算法的LiFi定位技术；所述硬件系统包括LED信号发射端与光电二极管PD信号接收端，所述LED信号发射端经过信源编码后，通过时分多路复用TDMA的形式驱动4个LED灯珠发送包含ID的信号，所述光电二极管PD信号接收端接收到信号后，经过两级运算放大器后产生两路不同的信号，一路信号经过模数转换后产生定位所需要的电压值—RSS值，另一路经过电压比较器后输出0与1数字信号，经过解码后识别包含LED的唯一ID码；光电二极管PD信号接收端通过解码操作后，采集到4路不同LED的RSS值并构成一个与指纹点的空间坐标位置对应的RSS指纹库；所述强鲁棒性的指纹匹配定位算法根据目标点在不同位置的RSS观测值向量自适应匹配最优的近邻值K，从而提高定位的鲁棒性与精度；所述LiFi定位技术于包括硬件系统中定位于天花板上的M个LED信号发射端，将定位区域均匀的划分为网格结构，网格结构网格点设定为指纹参考点，定位区域中分布N个指纹点，均匀的分布在二维定位平面上，目标在定位区域内移动，结合相关指纹匹配法可以实现停车场内目标车辆所处位置的定位。2.根据权利要求1所述的一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统，其特征在于，所述定位区域中分布的N个指纹点，记θ
n
，表示第n个指纹点的坐标，即为：n＝1,2，
…
，N。3.根据权利要求1所述的一种基于LiFi定位技术的室内车辆导航与车位检测系统，其特征在于，所述LiFi定位技术的离线阶段时，所述光电二极管PD信号接收端指纹参考点，分别收集来自M个LED的光功率值，即接收信号强度RSS值，并由其构...

【专利技术属性】
技术研发人员：林炫，徐世武，郑中华，杨成城，
申请(专利权)人：福建师范大学协和学院，
类型：发明
国别省市：