基于LED的室内融合定位系统的设计与开发

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近年来,定位导航和基于位置的服务(Location Based Services,LBS)已经大范围的应用在室外场景中,为人们的日常生活带来了许多便利。但是,针对室内的定位导航并没有得到很好的应用。虽然已经存在多种室内定位技术,但它们都存在一定的局限性,无法在复杂多变的室内环境下为行人提供高精度的室内定位。其中,可见光室内定位基于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术,它能够在定位的同时兼顾室内照明功能,具有无电磁干扰、易于部署、成本低廉等优势,但定位精度受限于可见光射程。基于惯性传感器的行人航迹推算(Pedestrain Dead Reckoning,PDR)定位是一种相对定位技术,具有短距离内定位精度高、不受外界环境影响等优势,但它在长距离的定位中会产生相当大的累积误差。因此,本文针对可见光定位和PDR定位的优缺点,提出了一种基于可见光和PDR定位技术的融合定位方案,并对其展开了系统的研究,主要包括以下几方面:首先,在对可见光定位技术的定位算法进行了深入研究的基础上,确定采用LED信标定位法。该方法通过发射高频闪烁的LED灯光向照明区域发送代表位置信息的光信号,在照明区域内的特定接收端接收到光信号,译码获得位置信息。其次,研究基于惯性传感器的PDR技术,在LED光源之间运用PDR定位保持系统定位精度。PDR技术利用行人的加速度和航向信息进行步态检测、步长估计和航向估计,最后计算出位置信息。为了剃除干扰噪声,本文选取了低通滤波和滑动平均滤波的方式对原始数据进行预处理。针对步态检测,提出了基于加速度波峰波谷差值的动态阈值自适应波峰检测算法。在原有固定参数步长估计模型的基础上提出了融合LED定位的步长参数修正算法。最后,设计并实现了融合定位系统的发射端和接收端。发射端运用单片机和控制电路实现LED信号的发射。接收端运用Android智能手机,开发了包括多个模块的手机应用,进行LED信号接收和PDR定位。对计步、步长、航向、定位准确度进行了测试,验证了系统的性能。
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