[发明专利]基于惯性定位和VLC技术的室内混合定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，具体地，涉及一种基于惯性定位和VLC技术的室内混合定位系统及方法。

背景技术

基于可见光通信（Visible Light Communication,VLC）技术的室内定位方案由于利用白色半导体发光二极管(Light Emitting Diode,LED)发射的白光作为定位信号的载体，因此没有电磁辐射，不受应用环境的限制；并且VLC的传输信道一般采用直射信道，因此信噪比比较高，多径干扰比较小，所以该定位方案可以达到比较高的精度；另外，基于VLC技术的室内定位系统与未来的VLC通信技术相兼容，因此不需要昂贵的硬件设备投入，成本比较低廉。综合以上各方面，基于VLC技术的室内定位技术将会是满足未来室内低成本、高精度、无处不在的定位方案。

目前，基于VLC技术的室内定位算法主要有三角定位算法、场景分析算法和邻近算法。在复杂的室内环境下，由于各种固定和移动的物体干扰，单一的定位算法很难获得比较高的可靠性。因此，对VLC定位技术的研究，逐渐趋向于混合定位算法上。混合定位算法是将两个或者两个以上的定位算法集成在一起，充分发挥各自的优点，以提高定位系统的精度以及可靠性。

经文献检索发现，G.B.Prince,T.D.C.Little等人于2012年在《GlobalCommunications Conference(GLOBECOM)》上发表了“A Two Phase Hybrid RSS/AOA Algorithmfor Indoor Device Localization Using Visible Light”的文章，文章提出了一种由基于RSS（Received Signal Strength）的邻近定位算法和基于AOA（Angle of Arrival）的三角定位算法组成的混合定位算法。该混合算法是将三角定位算法中的AOA算法作为精确定位算法，而基于RSS算法的邻近算法作为辅助定位算法。该算法的操作过程如下：首先由邻近算法根据接收的光强度来粗略的判断接收器的位置，即接收最大的光强所来自的LED的位置为接收器的位置；然后利用接收器测量的入射光线的方位角和顶角，根据AOA算法进行精确的定位。该定位方案的优点是定位系统的可靠性高。在复杂的室内环境下，当其中一个LED的光线被遮挡，AOA定位算法失效，系统也可以由一个LED，根据邻近算法提供一个粗略的定位。缺点是辅助定位算法的定位误差太大，而且对于室内一些LED直射光线不能到达的地方，该混合定位算法将不能使用。

因此，对于VLC室内定位技术，要满足实际应用的需要，就需要发展一种新的室内辅助定位方案。该辅助定位方案可以不依赖VLC技术，以满足室内各种环境的应用需求，而且还要有比较高的定位精度以及便携性、低成本的优点。

惯性定位系统在基于GPS的室外定位环境下，作为一种辅助定位方案，已经得到了比较广泛的应用。该定位系统的原理是利用陀螺仪和加速度传感器，测得物体移动的方向和距离，由物体初始位置求得其移动后的位置坐标。该定位算法简单且便于实现，但缺点是算法存在累计误差，定位精度不高。惯性定位虽然在室外环境得到广泛的应用，但在室内定位领域，还未见有报道。因此将惯性定位技术引入到的VLC室内定位系统中，将对VLC室内定位技术的使用化起到比较大的推动作用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于惯性定位和VLC技术的室内混合定位系统及方法。采用本发明所提供的定位系统及方法，使用者在室内的任何环境下都可以获得精确的、可靠性高的定位服务。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于惯性定位和VLC技术的室内混合定位系统，其特征在于，

所述基于VLC技术的室内定位系统包括主要由下行发送模块和下行接收模块形成的可见光下行链路以及主要由上行发送模块和上行接收模块形成的可见光上行链路；其中：

所述下行发送模块包括：下行发送FPGA、驱动电路和白光LED；所述下行发送FPGA用来产生白光LED发送的信号帧，该信号帧包含了白光LED在室内的位置信息，所述驱动电路为白光LED提供合适的直流偏置，并把发送信号调制在白光LED的驱动电流上，所述白光LED将调制后的信号以白光形式发射出去；