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智能灯光照明导引系统

（一）项目背景由于高层建筑物和房屋墙壁等对卫星定位信号的遮挡作用，全球卫星导航系统无法稳定地工作于高层建筑物较多的城市或其他较为密闭的环境中 [29]；美国全球定位系统（Global Position System， GPS）无需使用许可的民用标准定位服务的定位精度不足 10 米，已经不能满足日常生活中对定位精度越来越高的要求，特别是智能交通系统对车载定位系统车道级别的定位精度要求。现有的无线定位技术主要使用红外线、电磁波、磁场、声波、超声波等形式发送定位信号，或通过实时图像信息，实现高精度的无线定位。但这些定位技术需要安装额外的信号发射源，增加了系统的复杂性和实现成本，其中基于电磁波信号的射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）定位技术、无线局域网）定位技术、无线传感器网络定位技术、超宽带信号（Ultra Wideband，UWB）定位技术，还会占用一定的通信带宽，降低通信系统的带宽利用效率，而且由于电磁干扰效应不能应用于医院、机场等射频信号严格受限的环境。基于实时图像分析的定位技术（如微软公司的 Easy Living 研究项目）一般需要对定位环境预先建立一个庞大的图像数据库，而且应用时会有一个复杂的图像搜索匹配过程，实时性较差。本项目以可见光通信理论为基础，利用现有 LED 照明光源，研究开发基于智能灯光照明的室内无线定位导引技术，相比现有室内定位导航技术，本项目利用现有照明指示光源作为信号源，并充分发挥信息融合优势，具有定位精度高、可靠性好、稳定性强的特点，以及节能高效、绿色环保、成本低廉、架设便捷等众多优势。（二）项目简介本项目通过研究基于现有照明指示光源的无线通信与定位技术，以及多源信息融合定位技术，设计开发无线定位产品与相关的管理软件系统，用于实现室密闭内环境高精度、高可靠、低时延的无线定位与导航，并可以与现有卫星导航系统对接，实现全空时的室内外无缝定位与导航。本项目可以解决地下停车场等密闭环境的停车导引、反向寻车问题，通过精细化车辆导引管理，提高车场车位使用效率，改善停车寻车体验；同时，可以根据车辆行人的规划路径控制照明指示光源的开关亮暗，实现导航灯光指引和高效节能的智能照明；还可以推广至物流仓储库房、地下隧道管廊等密闭场合，用于人员、物品与物流机器人的定位、跟踪与导航等用途。（三）关键技术本项目旨在实现室内密闭环境高精度、高可靠、低时延的无线定位与导航，涉及的关键技术主要有： 1.基于照明指示光源的无线通信技术基于照明指示光源的无线通信技术将现有照明指示光源作为信号源，将数据信息调制在照明信号上，在实现基本照明指示功能的同时，实现数据信息的无线传输；具有通信速率高、抗干扰能力强、节能高效、成本低廉、架设便捷等众多优势。然而，由于可见光信号不能穿透墙壁等障碍物传播，容易受到遮挡效应的影响；同时，由于室内环境布局复杂多样，可见光信号传输链路的有效性会受到极大的挑战。因此，为提高数据传输的有效性和稳定性，研究设计相关的数据编码调制算法和信号检测接收算法，是本项目首要研究的关键技术。 2. 基于照明指示光源的无线定位技术基于照明指示光源的无线定位技术将现有照明指示光源作为“伪卫星”，通过接收不同信号光源发射的定位信息，可以快速实现有效的无线定位与导航。然而，由于信号传输距离相对较短，以及现有光源布设位置的限制，用户可以检测接收到的信号光源个数十分有限；同时由于汽车、物流机器人的移动速度相对较高，信号传输路径变化较快。因此，研究设计一种高精度、低时延的无线定位技术，是关系本项目有效性的难点问题和关键技术。 3. 面向多源信息融合的无线定位技术由于现有智能手机等用户终端大都集成了 WiFi、蓝牙、摄像头，以及六轴传感器、地磁感应等模块，如何充分发挥这些模块在无线定位方面的优势，通过研究设计相关的多源信息融合算法，实现高精度、高可靠、低时延的无线定位与导航，也是本项目研究的创新点和关键技术。

西安电子科技大学 2023-07-20