CN103017758B - 一种室内实时高精度定位系统 - Google Patents

Abstract

一种室内实时高精度定位系统，包括发射装置和接收装置，发射装置由LED照明灯和驱动电路组成，驱动电路的功能除了提供LED照明灯的驱动电流外，还加载了LED照明灯的位置信息进行调制，LED照明灯在实现照明功能的同时，广播着自身的位置信息，相邻的LED照明灯之间利用码分多址复用来区分；接收装置包括手持接收终端，手持接收终端的传感器有两种，一种为摄像头，另一种是光电二极管PD，光电二极管PD的作用是接收LED照明灯所广播的位置信息，获取LED照明灯的绝对位置；摄像头的作用是向上拍摄灯的场景图像，以计算出接收终端与LED照明灯的相对位置，本发明不需要额外安装发射设备，不耗费任何频谱资源，同时避免额电磁辐射。

Description

一种室内实时高精度定位系统

技术领域

本发明涉及一种定位系统，具体涉及一种室内实时高精度定位系统。

背景技术

位置信息对于人们的生活和工作都有着重要的意义，实时地提供位置信息，能够给人们的生活和工作提供很大的便利。例如，大型百货商场的导购、博物馆的导览、寻找机场地下车库的车位、矿井下复杂环境的导航等。

在室外环境下，GPS全球定位系统能够满足基本的定位要求，但在室内情况下，由于楼房的遮挡及多径效应，GPS系统的定位精度急剧下降，满足不了人们的需要，室内定位系统应运而生，如射频识别（RFID）定位系统、超宽带（UWB）室内定位系统、红外、超声波及蓝牙室内定位系统等，这些系统或多或少地满足了人们对于室内位置信息的一些要求，但也存在着一些弊端，如：需要额外安装收发机，产生电磁辐射等。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种室内实时高精度定位系统，不需要额外安装发射设备，不耗费任何频谱资源，同时避免额电磁辐射。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种室内实时高精度定位系统，包括发射装置和接收装置，发射装置由LED照明灯和驱动电路组成，驱动电路的功能除了提供LED照明灯的驱动电流外，还加载了LED照明灯的位置信息进行调制，LED照明灯在实现照明功能的同时，广播着自身的位置信息；

接收装置包括手持接收终端，手持接收终端的传感器有两种，一种为摄像头，另一种是光电二极管PD，光电二极管PD的作用是接收LED照明灯所广播的位置信息，获取LED照明灯的绝对位置；摄像头的作用是向上拍摄灯的场景图像，以计算出接收终端与LED照明灯的相对位置。

所述的摄像头与LED照明灯的相对位置计算，需要三个参量：室内天棚的高度、手持接收终端的高度及接收终端的方向指向，其中室内天棚的高度信息预置在室内场景地图里，而手持接收终端的高度则通过输入身高信息进行估计，手持接收终端的方向指向，则依据接手持收终端内置的磁罗盘来确定，根据几何投影关系，加上手持接收终端的指向，便可得终端对于LED照明灯的相对位置。

所述的摄像头的视场角要大于光电二极管PD的接收视场角。

本发明定位的过程为：手持接收终端下载所在室内场景的地图，这个过程可通过定点的LED照明灯广播，由光电二极管PD接收下载；手持接收终端平端朝上，定位由光电二极管PD接收到第一个LED照明灯的位置信息开始，同时由摄像头计算出手持接收终端与LED照明灯的相对位置，于是通过LED照明灯绝对位置加上手持接收终端与LED照明灯相对位置，便得到手持接收终端的具体位置，并实时地显示在室内场景地图中；

当光电二极管PD走出第一个LED照明灯的广播范围时，手持接收终端继续通过摄像头跟踪第一个LED照明灯进行定位，直至光电二极管PD接收到下一盏第二个LED照明灯的广播为止，之后摄像头开始跟踪第二个LED照明灯进行相对位置校准；

当光电二极管PD同时接收到两盏或更多LED照明灯的广播信息时，通过摄像头所拍场景和光电二极管PD所接收到得各个LED照明灯所发的光功率不同来对摄像头和光电二极管PD接收到的图像和位置信息进行一一对应，并跟踪接收功率最大的一盏LED照明灯进行位置校准；

这样，在使用LED照明灯作为照明系统的室内环境中，就可以实现实时的高精度定位系统了。

本发明的优点是：不需要额外安装发射设备，不耗费任何频谱资源，同时避免额电磁辐射。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为摄像头与LED照明灯的相对位置计算示意图。

图3为本发明定位过程流程图。

图4是本发明的发射装置的原理框图。

图5是本发明的接收装置的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1，一种室内实时高精度定位系统，包括发射装置和接收装置，发射装置由LED照明灯和驱动电路组成，驱动电路的功能除了提供LED照明灯的驱动电流外，还加载了LED照明灯的位置信息进行调制，LED照明灯在实现照明功能的同时，广播着自身的位置信息，相邻的LED照明灯之间利用码分多址复用来区分。

接收装置包括手持接收终端，手持接收终端的传感器有两种，一种为摄像头，另一种是光电二极管PD，光电二极管PD的作用是接收LED照明灯所广播的位置信息，获取LED照明灯的绝对位置；摄像头的作用是向上拍摄灯的场景图像，以计算出接收终端与LED照明灯的相对位置。

所述的摄像头与LED照明灯的相对位置计算，需要三个参量：室内天棚的高度、手持接收终端的高度及接收终端的方向指向，其中室内天棚的高度信息预置在室内场景地图里，而手持接收终端的高度则通过输入身高信息进行估计，手持接收终端的方向指向，则依据手持接收终端内置的磁罗盘来确定，根据几何投影关系，如图2所示，加上从磁罗盘提取的手持接收终端的方向指向，便可得终端对于LED照明灯的相对位置。

所述的摄像头的视场角要大于光电二极管PD的接收视场角。

本发明定位的过程为：如图3所示，手持接收终端下载所在室内场景的地图，这个过程可通过定点的LED照明灯广播，由光电二极管PD接收下载；手持接收终端平端朝上，定位由光电二极管PD接收到第一个LED照明灯的位置信息开始，同时由摄像头计算出手持接收终端与LED照明灯的相对位置，于是通过LED照明灯绝对位置加上手持接收终端与LED照明灯相对位置，便得到手持接收终端的具体位置，并实时地显示在室内场景地图中。

由于器件本身的属性，摄像头的视场角要大于光电二极管PD的接收视场角，于是，当光电二极管PD走出第一个LED照明灯的广播范围时，手持接收终端继续通过摄像头跟踪第一个LED照明灯进行定位，直至光电二极管PD接收到下一盏第二个LED照明灯的广播为止，之后摄像头开始跟踪第二个LED照明灯进行相对位置校准。

当光电二极管PD同时接收到两盏或更多LED照明灯的广播信息时，通过摄像头所拍场景和光电二极管PD所接收到得各个LED照明灯所发的光功率不同来对摄像头和光电二极管PD接收到的图像和位置信息进行一一对应，并跟踪接收功率最大的一盏LED照明灯进行位置校准。

这样，在使用LED照明灯作为照明系统的室内环境中，就可以实现实时的高精度定位系统了。

参见图4，发射装置包括中央处理单元、电源模块、WIFI模块、驱动电路、LED灯，控制中心通过WIFI将位置服务信息传输给发射端的WIFI模块，WIFI模块将信息传递给中央处理单元，中央处理单元负责对信息进行编码，并将信号经由驱动电路调制到LED照明灯上通过空间光广播出去。

参见图5，接收装置包括中央处理单元、电源模块、光电二极管PD、自适应放大电路、摄像头和显示器等组件，光电二极管PD接收LED照明灯的空间光广播信息，经由自适应放大电路将信号传递给中央处理单元，同时，摄像头将LED照明灯的照明图像传递给中央处理单元，中央处理单元将PD接收到的信号进行解码，同时对摄像头接收到的图像进行处理，并将结算处的位置信息实时显示在显示器中。

Claims (1)

1.一种室内实时高精度定位系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于：发射装置由LED照明灯和驱动电路组成，驱动电路的功能除了提供LED照明灯的驱动电流外，还加载了LED照明灯的位置信息进行调制，LED照明灯在实现照明功能的同时，广播着自身的位置信息；

接收装置包括手持接收终端，手持接收终端的传感器有两种，一种为摄像头，另一种是光电二极管PD，光电二极管PD的作用是接收LED照明灯所广播的位置信息，获取LED照明灯的绝对位置；摄像头的作用是向上拍摄灯的场景图像，以计算出接收终端与LED照明灯的相对位置；

所述的摄像头与LED照明灯的相对位置计算，需要三个参量：室内天棚的高度、手持接收终端的高度及接收终端的方向指向，其中室内天棚的高度信息预置在室内场景地图里，而手持接收终端的高度则通过输入身高信息进行估计，手持接收终端的方向指向，则依据接手持收终端内置的磁罗盘来确定，根据几何投影关系，加上手持接收终端的指向，便可得终端对于LED照明灯的相对位置；

所述的摄像头的视场角要大于光电二极管PD的接收视场角；

定位的过程为：手持接收终端下载所在室内场景的地图，这个过程通过定点的LED照明灯广播，由光电二极管PD接收下载；手持接收终端平端朝上，定位由光电二极管PD接收到第一个LED照明灯的位置信息开始，同时由摄像头计算出手持接收终端与LED照明灯的相对位置，于是通过LED照明灯绝对位置加上手持接收终端与LED照明灯相对位置，便得到手持接收终端的具体位置，并实时地显示在室内场景地图中；

当光电二极管PD走出第一个LED照明灯的广播范围时，手持接收终端继续通过摄像头跟踪第一个LED照明灯进行定位，直至光电二极管PD接收到下一盏第二个LED照明灯的广播为止，之后摄像头开始跟踪第二个LED照明灯进行相对位置校准；

当光电二极管PD同时接收到两盏或更多LED照明灯的广播信息时，通过摄像头所拍场景和光电二极管PD所接收到得各个LED照明灯所发的光功率不同来对摄像头和光电二极管PD接收到的图像和位置信息进行一一对应，并跟踪接收功率最大的一盏LED照明灯进行位置校准；

这样，在使用LED照明灯作为照明系统的室内环境中，就可以实现实时的高精度定位系统了。