CN105674986A - 一种可见光与惯性组合的室内定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可见光与惯性组合的室内定位方法，移动载体在室内移动过程中实时检测可见光信号，通过光强阈值判别移动载体是否位于可见光强覆盖区；若光强值小于光强阈值，则直接用惯性器件获得的位置估计值作为载体定位信息；若光强值大于等于光强阈值，则采用可见光信号解算得到位置估计值，将惯性器件获得的位置估计值与可见光信号解算的位置估计值相减，对得到的差值进行卡尔曼滤波，得到惯性器件的漂移误差，用此漂移误差校正惯性器件，并将校正后的惯性器件位置估计值作为载体定位信息。本发明能够有效避免可见光定位中覆盖盲区和阴影的影响，还能克服惯性器件误差随时间累积的缺点，实现连续自主高精度的室内定位。

Description

一种可见光与惯性组合的室内定位方法

技术领域

本发明涉及一种室内定位方法。

背景技术

现有的定位系统主要有卫星导航系统(GNSS)、惯性导航系统和无线电导航系统。在室内，GPS信号被遮挡严重，并不适用。惯性器件具有自主性强、短时精度高等特点，但其误差易随时间累计，单独使用无法满足室内高精度定位需求，常常需要与其它高精度定位方式结合使用。基于无线电波的室内定位有Wifi、蓝牙、WLAN等，定位精度较高，但都容易受到电磁干扰影响，在多个用户共享时定位质量不佳，且不宜在电磁敏感环境中使用。

近年来，基于可见光通信(VLC)的室内定位方式发展迅速，可以将用户的位置信息通过LED照明设施来进行传递，从而实现精准的室内定位，其定位精度可达厘米级。可见光定位技术具有高精度、无电磁辐射、节能降耗、覆盖广泛、无需额外布设接入等优点。然而，为保证定位性能，需要考虑室内信噪比的分布，避免盲区和阴影的出现，特别是在跨房间、LED故障等情况下难以保证定位的连续性。目前解决方案是采用改善光源、消除码间干扰、优化LED布局等方法缓解存在的问题，并不能彻底解决该问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种可见光与惯性组合的室内定位方法，以惯性传感器室内定位为主，可见光定位为辅助手段进行导航定位，在LED光强覆盖区域里利用可见光定位来消除惯性传感器的累计误差，实现连续自主高精度的室内定位。可广泛适用于移动终端和智能设备(如机器人、无人机等)在大型室内仓库、车库、超市、机场、矿井等地方的高精度定位要求，一方面可有效避免LED可见光定位中常见的覆盖盲区和阴影的影响，另一方面可克服惯性器件误差随时间累积的缺点，实现连续自主高精度的室内定位。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1、进行可见光通信测试，在设定的通信误码率下测得的可见光强值作为光强阈值；

步骤2、在待定位的移动载体上安装可见光探测器和惯性器件；

步骤3、移动载体在室内移动过程中通过可见光探测器实时检测可见光信号，通过光强阈值判别移动载体是否位于可见光强覆盖区；若光强值小于光强阈值，则移动载体处于可见光强覆盖盲区，直接用惯性器件获得的位置估计值作为载体定位信息；若光强值大于等于光强阈值，则移动载体处于可见光强覆盖区，采用可见光信号解算得到位置估计值，将惯性器件获得的位置估计值与可见光信号解算的位置估计值相减，对得到的差值进行卡尔曼滤波，得到惯性器件的漂移误差，用此漂移误差校正惯性器件，并将校正后的惯性器件位置估计值作为载体定位信息。

所述的可见光通信测试是在室内搭建一个可见光通信链路，通过可见光通信链路发送不小于10¹⁰个字节的二进制测试数据，接收误码率小于10^-9的区域定义为可见光强覆盖区，接收码率大于等于10^-9的区域定义为可见光强覆盖盲区，接收误码率为10^-9时的光强值定义为光强阈值。

所述的可见光通信测试进行至少3次，取各次测试结果的平均值。

本发明的有益效果是：

本发明采用通信误码率来区分光强覆盖区和覆盖盲区，保证可见光覆盖区的通信误码率小于设定要求，有效的保证了可见光定位质量，且光强阈值的标定在实验室即可完成，然后可指导现场安装，易于工程实现。

本发明将惯性系统和可见光定位优势互补，可实现连续自主高精度的室内定位。在可见光覆盖盲区，本发明采用惯性导航系统独立工作的方式对载体进行定位与导航，避免出现可见光盲区导致的定位失效现象；在可见光覆盖区使用可见光定位技术得到的高精度位置信息与惯性系统进行融合，并对惯性器件漂移误差进行修正，减小了载体的位置误差，克服了单独用惯性系统出现的误差随时间累积的不足。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括以下步骤：

步骤1，在实验室分析接收光信号强度与覆盖区域的关系来进行光强阈值标定。通过误码率来区分光强覆盖区和覆盖盲区，保证LED覆盖区的通信误码率小于10^-9。

具体地，搭建一个LED光通信链路，通过可见光通信链路发送不小于10¹⁰个字节二进制测试数据，在接收端接收该组数据用来测试链路误码率，测试次数应不小于3次。当误码率小于10^-9时，定义为LED光强覆盖区；当误码率大于等于10^-9时，定义为LED光强覆盖盲区。测试得到的临界光强值(指误码率为10^-9时的光强值)即定义为光强阈值。

步骤2，在室内布局LED光通信基础设施，移动载体上安装可见光探测器、惯性器件和综合信号处理器。

步骤3，如附图1所示，载体在移动过程中通过可见光探测器实时检测可见光信号，并转换成电信号接入综合信息处理器，综合信号处理器首先通过光强阈值判别是否为LED光强覆盖区。若为LED光强覆盖盲区，则直接用惯性器件获得的位置估计值作为载体定位信息。在LED光强覆盖区，对信号进行解调，采用可见光定位技术解算得到位置估计值，此值再与惯性器件所获得的位置惯性估计值相融合，输出可见光-惯性组合位置估计值，用此值来校正惯性器件的漂移，并将校正后的惯性位置估计值作为载体定位信息。

具体地，信息融合以惯性器件的估计位置与LED可见光通信的估计位置的差值作为状态的观测值，用卡尔曼滤波器估计出惯性测量单元的漂移误差。

特别说明：实现可见光定位技术有多种手段，如LED身份信息识别定位、到达时间及时间差定位、光信号强度定位、图像传感器定位等。此处不限定其具体手段和方法。

Claims (3)

1.一种可见光与惯性组合的室内定位方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1、进行可见光通信测试，在设定的通信误码率下测得的可见光强值作为光强阈值；

步骤2、在待定位的移动载体上安装可见光探测器和惯性器件；

步骤3、移动载体在室内移动过程中通过可见光探测器实时检测可见光信号，通过光强阈值判别移动载体是否位于可见光强覆盖区；若光强值小于光强阈值，则移动载体处于可见光强覆盖盲区，直接用惯性器件获得的位置估计值作为载体定位信息；若光强值大于等于光强阈值，则移动载体处于可见光强覆盖区，采用可见光信号解算得到位置估计值，将惯性器件获得的位置估计值与可见光信号解算的位置估计值相减，对得到的差值进行卡尔曼滤波，得到惯性器件的漂移误差，用此漂移误差校正惯性器件，并将校正后的惯性器件位置估计值作为载体定位信息。

2.根据权利要求1所述的可见光与惯性组合的室内定位方法，其特征在于：所述的可见光通信测试是在室内搭建一个可见光通信链路，通过可见光通信链路发送不小于10¹⁰个字节的二进制测试数据，接收误码率小于10^-9的区域定义为可见光强覆盖区，接收码率大于等于10^-9的区域定义为可见光强覆盖盲区，接收误码率为10^-9时的光强值定义为光强阈值。

3.根据权利要求1所述的可见光与惯性组合的室内定位方法，其特征在于：所述的可见光通信测试进行至少3次，取各次测试结果的平均值。