基于室内光信号的定位导航系统及其定位导航的方法

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基于室内光信号的定位导航系统及其定位导航的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及定位导航技术领域，尤其涉及一种基于室内光信号的定位导航系统及其定位导航的方法。\n背景技术\n[0002] 室内定位方法目前主要有基于红外技术、射频技术和可见光技术。\n[0003] 英国剑桥大学实验室研发了基于红外定位方法的Active Badge定位系统，Active Badge(1992)系统是一种基于红外(IR)技术的定位解决方案。此系统由每个人员佩戴的Badge以及布设在已知固定位置的密集的接收器阵列组。每人员佩戴的Badge每隔10秒发同一个IR身份标识信号，由接收器阵列接收此信号，并传送至监控主机进行人员位置估计。由于IR技术的局限，研究者们又把研究重点投身了射频技术。利用电磁波的到达时间(TOA)，到达角度(AOA)，接收场强(RSS)等信息来估计人员的位置信息。\n[0004] 近年来人们对室内定位和导航服务的需求日益增加,基于WIFI，蓝牙，ZigBee，超宽带，RFID和多设备融合等红外和射频技术有着部署难、设备复杂、成本高等缺点。基于可见光的室内定位无电磁污染可在矿井、医院、加油站等特殊环境下使用，部署容易，既满足照明要求，又降低了功耗和成本，调制解调算法简单。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种实施更方便、定位更准确、更环境和谐的基于室内光信号的定位导航系统及其定位导航的方法。\n[0006] 为实现上述发明目的，本发明提供一种基于室内光信号的定位导航系统，包括光源模块和导航仪模块，所述光源模块包括光源调制器、和光源调制器连接的照明光源；导航仪包括依次连接的光传感器、放大滤波电路、AD转换器、单片机和人机交互界面；\n[0007] 所述导航仪中的光传感器用于接收由照明光源发出的包含位置信息的光信号并将接收到的光信号变为电信号；所述放大滤波电路用于将所述电信号进行放大滤波；所述AD转换器用于将所述放大滤波后的电信号进行AD转换，并将转化后的数字信号输入至单片机中；所述单片机用于对所述数字信号进行信号处理，提取出其中的位置信息，并将位置信息输出至人机交互界面上，分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上；所述人机交互界面用于用户输入目的位置，显示当前正确的前行方向从而进行导航。\n[0008] 为实现上述发明目的，本发明还提供一种利用所述的定位导航系统进行定位导航的方法：室内安装光源模块作为导航系统的发射器，用户手持导航仪作为导航系统的接收器，当用户处于室内的某个位置时，光源模块发出包含其位置信息的光信号，导航仪接收所述光源模块发出的包含位置信息的光信号并将接收到的光信号变为电信号，电信号通过放大滤波之后进行AD转换，将转化后的数字信号输入至单片机中；单片机对数字信号进行信号处理，提取出其中的位置信息，并将位置信息输出至人机交互界面上，用户在人机交互界面输入目的位置，单片机分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上进行导航。\n[0009] 作为优选方式，所述光源模块发出包含其位置信息的光信号的方式具体为：发出与该位置信息一一对应的特定频率的闪烁光信号，导航仪探测到该光信号后，通过计算光信号的闪烁频率，得出当前的位置信息。\n[0010] 作为优选方式，所述光信号的闪烁频率大于人眼的临界闪烁频率。这样不影响光源的正常照明功能。\n[0011] 作为优选方式，所述光源模块发出包含其位置信息的光信号的方式具体为：发出与该位置信息一一对应的特定光谱的光信号，导航仪探测到该光信号后，通过计算特定光谱混合比例，得出当前的位置信息。\n[0012] 作为优选方式，所述光源模块发出包含其位置信息的光信号的方式具体为：发出与该位置信息一一对应的特定偏振态的光信号，导航仪探测到该光信号后，通过计算特定偏振态的光信号的混合比例，得出当前的位置信息。\n[0013] 本发明的有益效果为：因为本发明采用的发射器模块可直接替代现有的照明系统并采用LED光源，所以实施方便、节能环保、无电磁干扰、环境和谐，本发明采用的接收模块都可以通过现有的器件予以实现，因此该装置易于实现小型化，便于携带。\n附图说明\n[0014] 图1是本发明的定位导航系统的结构框图。\n具体实施方式\n[0015] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。\n[0016] 实施例1\n[0017] 本实施例提供一种基于室内光信号的定位导航系统，包括光源模块和导航仪模块，所述光源模块包括光源调制器、和光源调制器连接的照明光源；导航仪包括依次连接的光传感器、放大滤波电路、AD转换器、单片机和人机交互界面；\n[0018] 所述导航仪中的光传感器用于接收由照明光源发出的包含位置信息的光信号并将接收到的光信号变为电信号；所述放大滤波电路用于将所述电信号进行放大滤波；所述AD转换器用于将所述放大滤波后的电信号进行AD转换，并将转化后的数字信号输入至单片机中；所述单片机用于对所述数字信号进行信号处理，提取出其中的位置信息，并将位置信息输出至人机交互界面上，分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上；所述人机交互界面用于用户输入目的位置，显示当前正确的前行方向从而进行导航。\n[0019] 本实施例还提供一种利用所述的定位导航系统进行定位导航的方法：室内安装光源模块作为导航系统的发射器，用户手持导航仪作为导航系统的接收器，当用户处于室内的某个位置时，光源模块发出与该位置信息一一对应的特定频率的闪烁光信号，因为闪烁光信号的光强是周期变化的，所以导航仪中使用光强传感器作为导航仪的光传感器，所述光信号的闪烁频率大于人眼的临界闪烁频率，这样不影响光源的正常照明功能。导航仪接收所述光源模块发出的包含位置信息的光信号并将接收到的光信号转化为周期变化的电信号，周期变化的电信号通过放大滤波之后进行AD转换，转换为周期变化的数字信号，单片机通过计算这个数字信号的周期，便可得到这个闪烁光信号的频率，因为光信号的闪烁频率与位置是一一对应的，因此单片机可以通过查询的方式，得出当前的位置信息，即实现定位功能，单片机还将位置信息输出至人机交互界面上，用户在人机交互界面输入目的位置，单片机分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上，即实现导航功能。\n[0020] 实施例2\n[0021] 本实施例提供一种基于室内光信号的定位导航系统，包括光源模块和导航仪模块，所述光源模块包括光源调制器、和光源调制器连接的照明光源；导航仪包括依次连接的光传感器、放大滤波电路、AD转换器、单片机和人机交互界面；\n[0022] 所述导航仪中的光传感器用于接收由照明光源发出的包含位置信息的光信号并将接收到的光信号变为电信号；所述放大滤波电路用于将所述电信号进行放大滤波；所述AD转换器用于将所述放大滤波后的电信号进行AD转换，并将转化后的数字信号输入至单片机中；所述单片机用于对所述数字信号进行信号处理，提取出其中的位置信息，并将位置信息输出至人机交互界面上，分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上；所述人机交互界面用于用户输入目的位置，显示当前正确的前行方向从而进行导航。\n[0023] 本实施例还提供一种利用所述的定位导航系统进行定位导航的方法：室内安装光源模块作为导航系统的发射器，用户手持导航仪作为导航系统的接收器，当用户处于室内的某个位置时，光源模块发出与该位置信息一一对应的特定光谱的光信号，导航仪使用光谱传感器作为导航仪的光传感器。光谱传感器将特定光谱的光信号转化为特定的电压信号，该电压信号经过放大滤波之后进行AD转换，转化为数字信号。单片机通过计算该数字信号的大小，得出光信号的特定光谱的混合比例，因为特定光谱的混合比例与位置是一一对应的，因此单片机可以通过查询的方式，得出当前的位置，即实现定位功能，单片机还将位置信息输出至人机交互界面上，用户在人机交互界面输入目的位置，单片机分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上，即实现导航功能。\n[0024] 实施例3\n[0025] 本实施例提供一种基于室内光信号的定位导航系统，包括光源模块和导航仪模块，所述光源模块包括光源调制器、和光源调制器连接的照明光源；导航仪包括依次连接的光传感器、放大滤波电路、AD转换器、单片机和人机交互界面；\n[0026] 所述导航仪中的光传感器用于接收由照明光源发出的包含位置信息的光信号并将接收到的光信号变为电信号；所述放大滤波电路用于将所述电信号进行放大滤波；所述AD转换器用于将所述放大滤波后的电信号进行AD转换，并将转化后的数字信号输入至单片机中；所述单片机用于对所述数字信号进行信号处理，提取出其中的位置信息，并将位置信息输出至人机交互界面上，分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上；所述人机交互界面用于用户输入目的位置，显示当前正确的前行方向从而进行导航。\n[0027] 本实施例还提供一种利用所述的定位导航系统进行定位导航的方法：室内安装光源模块作为导航系统的发射器，用户手持导航仪作为导航系统的接收器，光源模块包括发射不同偏振态的光源，当用户处于室内的某个位置时，其中一个最早发出含有位置编码信息的特定偏振调制的光信号，最早发出光信号的光源接收到其他光源的定位请求信号后，其他光源发出与最早发出光信号的光源偏振方向不同的线偏光光信号，导航仪的探测模块的光偏振探测器对光信号进行解调，得到当前的位置信息。例如最早发出含有位置编码信息的光源发出调制光信号的偏振信息为偏振方向为10度的线偏光，其他光源分别发出调制光信号的偏振信息为偏振方向为50度和90度的线偏光，导航器的探测模块的光偏振探测器直接对这个光信号进行解调，得到当前的位置信息的光信号；导航仪将接收到的光信号变为电信号，电信号通过放大滤波之后进行AD转换，将转化后的数字信号输入至单片机中；单片机对数字信号进行信号处理，提取出其中的位置信息，并将位置信息输出至人机交互界面上，用户在人机交互界面输入目的位置，单片机分析当前位置信息和人机交互界面的目的位置之间的位置关系，将当前正确的前行方向显示在人机交互界面上进行导航。\n[0028] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。