基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)和定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及室內定位領域，具體涉及一種基于特征光源和小孔采光裝置的高精度室內定位系統(tǒng)及相應的方法。所述的定位為三維空間定位。本發(fā)明系統(tǒng)包括特征光源、小孔采光裝置和處理器這三個組成部分，本發(fā)明方法包括光源布置、信息錄入、擇位采光、特征匹配和位置計算這五個步驟。相比傳統(tǒng)的室內定位系統(tǒng)，本發(fā)明提供的室內定位技術精度高、成本低，實時性好，同時具備優(yōu)秀的可擴展性和可移植性。
【專利說明】
基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)和定位方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及室內定位領域，具體設及一種基于特征光源和小孔采光裝置的高精度 室內定位系統(tǒng)及相應的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著科學技術的進步，定位技術也備受關注且發(fā)展迅速。當今，基于GPS 的室外定位技術已經非常成熟并開始被廣泛使用，但是作為定位技術的末端，室內定位技 術發(fā)展一直相對緩慢?，F(xiàn)有的室內定位技術或是通過紅外線、超聲波等手段對室內物體的 位置和運動進行感知，或是通過Wi-Fi、藍牙或Zi濁ee等無線通訊手段和待測物體進行數(shù) 據(jù)交互。前者所采用的技術手段能實現(xiàn)較高的精確度，但是也大大增加了室內布局的復雜 程度，且成本高，穿透性、抗干擾性差；后者雖然降低了成本，具備一定的穿透能力，但是精 確度也隨之下降。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有室內定位技術的不足，提供一種基于特征光源和小孔 采光裝置的室內定位系統(tǒng)，并給出基于該系統(tǒng)實現(xiàn)室內定位的方法。本發(fā)明所述的室內定 位系統(tǒng)能夠實現(xiàn)基于角度的高精度室內Ξ維空間定位，且部署簡單、功耗小、成本低，實時 性好。同時，本發(fā)明所述的室內定位系統(tǒng)和方法可W和室內導航技術相結合，W為室內導航 技術提供準確、實時的Ξ維空間位置信息，可擴展性強。此外，本發(fā)明的室內定位系統(tǒng)和方 法可W和現(xiàn)有的智能終端，尤其是移動智能終端相結合，具備了優(yōu)秀的可移植性。
[0004] 本發(fā)明采用的技術方案如下：一種基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系 統(tǒng)，所述的定位為Ξ維空間定位，該系統(tǒng)包括特征光源、小孔采光裝置和處理器，其中： 陽0化]所述的特征光源由3個或3個W上具有不同特征的光源組成，用于產生并發(fā)出具 有不同特征的光信號；所述的特征為頻率和/或編碼；
[0006] 所述的小孔采光裝置由帶孔外殼、感光板和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，所述的帶孔外殼 為一剛性柱體外殼，上底有一小孔，下底和感光板結合，感光板具有感光能力的一面朝向小 孔，感光板和小孔之間的垂直距離已知（即帶孔外殼上底和下底之間的距離減去感光板厚 度）且記錄在處理器內；所述的感光板表面密布精密感光元件，能精確感知入射感光板的 光信號的特征W及在感光板上的位置；所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集到的光信號的特征和在 感光板上的位置通過有線或無線方式傳輸給處理器；
[0007] 所述的處理器用于記錄個個特征光源的特征和在室內的位置，并根據(jù)各個特征光 源的特征和在室內的位置W及小孔采光裝置傳遞的所采集到的光信號的特征和各自在感 光板上的位置，計算出小孔采光裝置所處的位置，從而實現(xiàn)室內定位；所述的處理器W有線 或無線方式和小孔采光裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
[0008] 所述的特征光源數(shù)量至少為3個，W保證后續(xù)計算可W進行，若要實現(xiàn)室內的全 局定位，則需保證室內每一點至少能夠接受到3個或W上特征光源所發(fā)出的光信號。同時， 也可w通過布置更廣范圍、更多數(shù)量的特征光源w提高室內定位的精確度。
[0009] 所述的室內定位系統(tǒng)可W和室內導航技術相結合，W為室內導航技術提供準確、 實時的Ξ維空間位置信息。即用戶可W利用所述的室內定位系統(tǒng)獲得自己在室內的精確位 置，結合所需到達的目標位置，利用導航技術尋找路線W逼近，在逼近的過程中仍然可W通 過所述的室內定位系統(tǒng)獲取自己在室內的實時位置，W不斷校正導航的結果實現(xiàn)反饋。
[0010] 所述的處理器為至少一臺具有光電信號轉換和數(shù)據(jù)處理能力的終端。目P，所述的 處理器既可W是一臺具有光電信號轉換和數(shù)據(jù)處理能力的終端，如一臺配有CCD的筆記本 電腦；也可W是多臺分別具有光電信號轉換能力和數(shù)據(jù)處理能力的終端的組合，如一個光 電信號轉換器和與一部之能夠通訊的智能手機的組合。作為優(yōu)選，所述的處理器可W是一 臺移動智能終端。
[0011] 本發(fā)明還提供一種基于特征光源和小孔采光裝置的的室內定位方法，所述的定位 為Ξ維空間定位，該方法包括W下步驟：
[0012] (1)光源布置：在室內布置3個或3個W上特征光源，打開已布置好的特征光源令 其發(fā)光；所述的特征為頻率和/或編碼；
[0013] (2)信息錄入：將步驟（1)中所布置的各個特征光源的特征和位置錄入處理器；
[0014] (3)擇位采光：選擇所需定位的位置安放小孔采光裝置進行采光，將小孔采光裝 置所采集到的光信號的特征和各自在感光板上的位置信息傳輸給處理器；
[0015] (4)特征匹配：處理器將步驟（3)中小孔采光裝置感光板所采集到的光信號的特 征和步驟（2)中記錄的各個特征光源的特征進行匹配，從中選取3個匹配程度最高的"光 源-光信號"對，其中，所選取的3個特征光源兩兩不同，所選取的3個光信號也兩兩不同；
[0016] (5)位置計算：根據(jù)3個特征光源和3個光信號的位置，計算小孔采光裝置所處的 位置，從而實現(xiàn)室內定位。
[0017] 所述的步驟（1)中，布置特征光源時應根據(jù)室內的具體布置情況，盡量使得所布 置的特征光源所發(fā)出的光能覆蓋室內的各個位置，W保證室內定位的效果。所述的特征為 頻率和/或編碼。當所述的特征為頻率時，特征光源發(fā)出的光的頻率互不相同，體現(xiàn)為可見 光的不同顏色；當所述的特征為編碼時，特征光源發(fā)出的光的編碼互不相同，體現(xiàn)為光按照 不同明暗間歇閃爍，該閃爍頻率較高因此人的肉眼無法識別，但是可W被具備光電信號轉 換和數(shù)據(jù)處理能力處理器所識別。
[0018] 所述的步驟（2)中，將信息錄入處理器的具體方式可W根據(jù)實際場景來確定，包 括但不限于手動錄入、遠程下載、二維碼掃描、NFC近場通訊等方式。所述的各個特征光源 的特征和位置可W按照"光源編號-光源頻率-光源位置"或"光源編號-光源編碼-光源 位置"或"光源編號-光源頻率-光源編碼-光源位置"運樣的格式記錄在處理器內。由于 后續(xù)位置計算時僅需所選取的光源之間的相對位置，所W在運一步驟中，記錄光源位置時 所選取的參照系是任意的。
[0019] 所述的步驟（4)中，處理器首先分析（3)中小孔采光裝置傳遞的感光板所采集 到的光信號的特征，當所采集到的光具有不同的頻率時，則將其依次和步驟（2)中錄入的 各個特征光源的光的頻率相比對；當所采集到的光具有不同的編碼時，則將其依次和步驟 (2)中錄入的各個特征光源的光的編碼相比對；當所采集到的光既具有不同的頻率也具有 不同的編碼時，則將其依次和步驟（2)中錄入的各個特征光源的光的頻率和編碼分別進行 比對再綜合其結果；w此得到匹配程度從高到低的序列。選取的"光源-光信號"對必須滿 足所選取的3個特征光源兩兩不同和所選取的3個光信號也兩兩不同運兩個條件，W保證 后續(xù)計算可W進行。
[0020] 所述步驟（5)具體為：根據(jù)特征光源的位置計算其間距離；根據(jù)Ξ個光信號感光 板上位置及小孔和感光板之間的垂直距離計算感光板上運Ξ個點到小孔的距離；根據(jù)計算 出的Ξ個點到小孔的距離，計算出運Ξ個點到小孔的Ξ條連線間的夾角；根據(jù)運Ξ個點到 小孔的Ξ條連線間的夾角，得到Ξ個特征光源到小孔的Ξ條連線間的夾角；根據(jù)Ξ個特征 光源到小孔的Ξ條連線間的夾角，結合Ξ個特征光源間的距離，計算出小孔采光裝置的空 間位置，實現(xiàn)室內定位。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] (1)本發(fā)明的室內定位系統(tǒng)和方法能夠實現(xiàn)基于角度的室內Ξ維空間定位，相比 傳統(tǒng)的室內定位技術，具有更高的精確度。
[0023] (2)本發(fā)明的室內定位系統(tǒng)僅需在現(xiàn)有的室內部署上增加特征光源，或用特征光 源替換室內原有的照明設施，部署簡單、功耗小、成本低，具有廣泛的應用前景。
[0024] (3)本發(fā)明的室內定位方法步驟簡單，對處理器的數(shù)據(jù)處理能力要求低，無需復雜 計算，定位過程實時性好。
[0025] (4)本發(fā)明的室內定位系統(tǒng)和方法可W和室內導航技術相結合，W為室內導航技 術提供準確、實時的Ξ維空間位置信息，可擴展性強。
[0026] (5)本發(fā)明的室內定位系統(tǒng)和方法可W和現(xiàn)有的智能終端，尤其是移動智能終端 相結合，具備了優(yōu)秀的可移植性。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)組成圖。
[0028] 圖2是本發(fā)明方法流程圖。
[00巧]圖3是位置計算步驟的不意圖。
[0030] 圖4是本發(fā)明的定位系統(tǒng)和導航技術相結合實現(xiàn)圖書館尋書的示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 為了更詳細地說明本發(fā)明的基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)和定 位方法，下面根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明的基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)，所述的定 位為Ξ維空間定位，包括特征光源、小孔采光裝置和處理器，其中：
[0033] 所述的特征光源由3個或3個W上具有不同特征的光源組成，用于產生并發(fā)出具 有不同特征的光信號；所述的特征為頻率和/或編碼；
[0034] 所述的小孔采光裝置由帶孔外殼、感光板和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，所述的帶孔外殼 為一剛性柱體外殼，上底有一小孔，下底和感光板結合，感光板具有感光能力的一面朝向小 孔，感光板和小孔之間的垂直距離已知（即帶孔外殼上底和下底之間的距離減去感光板厚 度）且記錄在處理器內；所述的感光板表面密布精密感光元件，能精確感知入射感光板的 光信號的特征W及在感光板上的位置；所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集到的光信號的特征和在 感光板上的位置通過有線或無線方式傳輸給處理器；
[0035] 所述的處理器用于記錄個個特征光源的特征和在室內的位置，并根據(jù)各個特征光 源的特征和在室內的位置W及小孔采光裝置傳遞的所采集到的光信號的特征和各自在感 光板上的位置，計算出小孔采光裝置所處的位置，從而實現(xiàn)室內定位；所述的處理器W有線 或無線方式和小孔采光裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
[0036] 實施例1 :
[0037] 下面W室內定位在地下車庫方面的應用為例，具體說明本發(fā)明的基于特征光源和 小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)和定位方法。本實施例中，采用一塊小型嵌入式處理器作為 定位系統(tǒng)的處理器，并將其集成在小孔采光裝置外側底面，通過有線方式和小孔采光裝置 的數(shù)據(jù)傳輸模塊進行通訊。特征光源W不同的編碼作為特征。
[0038] (1)光源布置：在地下車庫室內布置特征光源，為了保證定位的效果，本實施例 中，特征光源布置在地下車庫內各個角落，且能保證地下車庫的每個停車位都能接收到3 個或3個W上的特征光源發(fā)出的光；布置好光源后，測定各個光源的精確位置；之后打開已 布置好的特征光源令其發(fā)光。由于特征光源W不同的編碼為特征，其發(fā)出的光的編碼互不 相同，體現(xiàn)為光按照不同明暗間歇閃爍，該閃爍頻率較高因此人的肉眼無法識別，但是可W 被小型嵌入式處理器所識別。
[0039] (2)信息錄入：將步驟（1)中所布置的各個特征光源的特征和位置錄入小型嵌入 式處理器，所述的各個特征光源的特征和位置可W按照"光源編號-光源編碼-光源位置" 運樣的格式存儲在小型嵌入式處理器內。
[0040] (3)擇位采光：當某用戶，如甲開車進入地下車庫時，工作人員發(fā)放其外側底面已 集成小型嵌入式處理器的小孔采光裝置。甲在地下車庫停好車后，取出小孔采光裝置，置于 車體某部位（如停車位左前邊角）進行采光，小孔采光裝置的感光板采集到部分特征光源 發(fā)出的光后，將其編碼和在感光板上的位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸給小孔采光裝置外 側底面的小型嵌入式處理器。
[0041] (4)特征匹配：本實施例中W光的編碼為特征，因此設定小型嵌入式處理器僅對 編碼進行比對處理，處理器將所采集到的具有不同編碼的光信號依次和步驟（2)中錄入的 各個特征光源的光的編碼相比對，得到匹配程度從高到低的序列。選取的"光源-光信號" 對必須滿足所選取的3個特征光源兩兩不同和所選取的3個光信號也兩兩不同運兩個條 件，W保證后續(xù)計算可W進行。例如在甲停車的位置，小孔采光裝置的感光板上采集到了來 自于A、B、C、D、E運5個特征光源的a、b、C、t e、f、g運7個光信號，在所有"光源-光信 號"對中，匹配程度從高到低的序列為："A-a"、"A-b"、"B-b"、"D-b"、"C-c"……則再選取 3個匹配程度最高的"光源-光信號"對時，"A-b"因為和"A-a"特征光源重復予W舍棄， "D-b"因為和"B-b"光信號重復也予W舍棄，最終得到的3個匹配程度最高的"光源-光信 號"對應當是："A-a"、"B-b，V<C-c"。
[00創(chuàng) 妨位置計算：步驟（4)中已選取出3個匹配程度最高的"光源-光信號"對，根據(jù) 運3個特征光源和3個光信號的位置，代入公式計算出小孔采光裝置所處的位置，運里光信 號a、b、C在感光板上的位置分別記作A'、B'、C'，具體計算步驟如下：
[00創(chuàng)①根據(jù)特征光源A、B、C的位置計算其間距離AB、BC、CA，當處理器中采用空間直 角坐標系記錄特征光源位置時，特征光源A、B、C的位置分別為A(Xa，y,，Za)，B(Xb，ye, Zb)， C(Xc，yc，Zc)其間距離分別為：
[0047] ②根據(jù)感光板上a、b、c的位置及小孔和感光板之間的垂直距離OH計算出A'、B'、 C'運Ξ個點到小孔0的連線A' 0、B' 0、C' 0的長度，由于OH垂直于A' H、B' H、C' H，因此：
[0051] ③根據(jù)計算出的A' 0、B' 0、C' 0長度，結合A' B'、B' C'、C'A'長度，在ΔΑ' 0 B'、 ΔΒ'Ο C'、AC'0 A'中分別運用余弦定理求出其間的角ZA'O B'、ZB'0 C'、ZC'0 A' 余弦值的大?。?br>陽化5] ④四面體ABC0中，由于對頂角相等，有： 陽化 6] ZA0B=ZA'0B'
[0057] ZB0C=ZB'0C，
[0058] ZC0A=ZC，0A，
[0059] 即：
[0060] cos Z AOB = cos Z A' 0 B'
[0061] cos Z BOC = cos Z B' 0 C'
[0062] cos Z COA = cos Z C' 0 A' 陽06引⑥在Δ ABO、Δ BCO、Δ CAO中分別根據(jù)余弦定理得到方程：
[0064] A02+B02-AB2= 2A0B0COS Z A0B 陽0化]B妒+C妒-BC2= 2B0C0COS Z B0C
[0066] C妒+A02-CA2= 2C0A0COS Z COA
[0067] 解么得到AO、BO、CO數(shù)值，結合空間里0相對于平面ABC的位置，可得到唯一的 解，即確定了小孔采光裝置所處的位置。 W側通過W上步驟，甲就得到了地下車庫中自己所停車的具體位置。甲記住該位置，歸 還工作人員小孔采光裝置。一段時間之后他回來取車時即可根據(jù)該位置信息導航，簡單便 捷地找到自己所停的車。 W例實施例2 :
[0070] 下面再W室內定位在圖書館書架方面的應用為例，具體說明本發(fā)明的基于特征光 源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)和定位方法。本實施例中，采用用戶的智能手機作為處 理器，通過無線方式和小孔采光裝置的數(shù)據(jù)傳輸模塊進行通訊。特征光源W不同的編碼作 為特征。智能手機中事先安裝了本發(fā)明的室內定位方法的應用，同時智能手機安裝了具備 導航能力的軟件。
[00川 （1)光源布置：在圖書館內布置特征光源，為了保證定位的效果，本實施例中，特 征光源布置在圖書館內各個角落，且能保證每本書的位置和讀者所可能經過的每個位置都 能接收到3個或3個W上的特征光源發(fā)出的光；布置好光源后，測定各個光源的精確位置； 之后打開已布置好的特征光源令其發(fā)光。由于特征光源W不同的編碼為特征，其發(fā)出的光 的編碼互不相同，體現(xiàn)為光按照不同明暗間歇閃爍，該閃爍頻率較高因此人的肉眼無法識 另IJ，但是可W被智能手機處理和識別。 陽0巧 似信息錄入：將步驟（1)中所布置的各個特征光源的編碼和位置錄入圖書館網(wǎng) 絡平臺，當某用戶，如乙來到圖書館，需要利用該定位系統(tǒng)尋書時，他可W通過登錄圖書館 主頁遠程下載或掃描圖書館口 口的二維碼等方式將，該網(wǎng)絡平臺上各個特征光源的編碼和 位置信息錄入自己的智能手機中。所述的各個特征光源的特征和位置可W按照"光源編 號-光源編碼-光源位置"運樣的格式存儲。
[0073] (3)擇位采光：工作人員發(fā)放乙小孔采光裝置。乙取出小孔采光裝置進行采光，小 孔采光裝置的感光板采集到部分特征光源發(fā)出的光后，將其編碼和在感光板上的位置信息 通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸給乙的智能手機。
[0074] (4)特征匹配：乙的智能手機對所采集到的光進行分析，發(fā)現(xiàn)其他具有相同的頻 率和不同的編碼，因此確定光源的特征為編碼，僅對編碼進行比對處理。智能手機將所采集 到的具有不同編碼的光依次和步驟（2)中錄入的各個特征光源的光的編碼相比對，得到匹 配程度從高到低的序列。選取的"光源-光信號"對必須滿足所選取的3個特征光源兩兩 不同和所選取的3個光信號也兩兩不同運兩個條件，W保證后續(xù)計算可W進行。例如在乙 所處的位置，小孔采光裝置的感光板上采集到了來自于A、B、C、D、E運5個特征光源的曰、 b、C、d、e、f、g運7個光信號，在所有"光源-光信號"對中，匹配程度從高到低的序列為： "A-a"、"A-b"、"B-b"、"D-b"、"C-c"……則再選取3個匹配程度最高的"光源-光信號"對 時，"A-b"因為和"A-a"特征光源重復予W舍棄，"D-b"因為和"B-b"光信號重復也予W舍 棄，最終得到的3個匹配程度最高的"光源-光信號"對應當是："A-a"、"B-b"、"C-c"。
[00巧](5)位置計算：步驟（4)中已選取出3個匹配程度最高的"光源-光信號"對，根據(jù) 運3個特征光源和3個光信號的位置，代入公式計算出小孔采光裝置所處的位置，運里光信 號a、b、C在感光板上的位置分別記作A'、B'、C'，具體計算步驟如下：
[0076] ①根據(jù)特征光源A、B、C的位置計算其間距離AB、BC、CA，當處理器中采用空間直 角坐標系記錄特征光源位置時，特征光源A、B、C的位置分別為A(Xa，y,，Za)，B(Xb，ye, Zb)， C(xc，yc，zc)其間距離分別為：
[0079]
[0080] ②根據(jù)感光板上a、b、c的位置及小孔和感光板之間的垂直距離OH計算出A'、B'、 C'運Ξ個點到小孔0的連線A' 0、B' 0、C' 0的長度，由于OH垂直于A' H、B' H、C' H，因此：
[0084] ③根據(jù)計算出的A' 0、B' 0、C' 0長度，結合A' B'、B' C'、C' A'長度，在Δ A' 0 B'、 ΔΒ'Ο C'、AC'0 A'中分別運用余弦定理求出其間的角ZA'O B'、ZB'0 C'、ZC'0 A' 余弦值的大?。?br>[0088] ④四面體ABCO中，由于對頂角相等，有：
[0089] ZA0B=ZA'0B'
[0090] ZB0C=ZB'0C，
[0091] ZC0A=ZC'0A'
[0092] 即：
[0093] cos Z AOB = cos Z A' 0 B'
[0094] cos Z BOC = cos Z B' 0 C'
[00巧]cos Z COA = cos Z C，0 A'
[0096] ⑥在Δ ABO、Δ BCO、Δ CAO中分別根據(jù)余弦定理得到方程：
[0097] A02+B02-AB2= 2A0B0COS Z AOB
[0098] B妒+C妒-BC2= 2B0C0COS Z BOC
[0099] C妒+A02-CA2= 2C0A0COS Z COA 陽100] 解么得到AO、BO、CO數(shù)值，結合空間里0相對于平面ABC的位置，可得到唯一的 解，即確定了小孔采光裝置所處的位置。 陽101] 通過W上步驟，乙就得到了圖書館中自己所在具體位置，如位置A。之后，乙通過 圖書館書籍查詢系統(tǒng)獲取自己想要的某書籍的位置，如位置X，再借助導航技術尋書。乙可 W借助導航自行步行尋書，即借助智能手機的導航軟件獲得A-X的路線圖，并按照路線圖 前往尋書，同時乙在尋書的途中可W重復上述步驟（3)-巧）W實時更新自己的位置，校正 導航的結果。此外，乙還可W利用導航驅動一運動控制系統(tǒng)，如一具有機械臂的電動小車， 按照導航所確定的路線圖自行取書，該運動控制系統(tǒng)在尋書的途中同樣可W重復上述步驟 (3)-(5) W實時更新自己的位置，校正導航的結果。由于本發(fā)明的室內定位系統(tǒng)可W實現(xiàn)Ξ 維空間定位，借助該系統(tǒng)不僅可w得到所需要的書籍所在的書架位置，也可w通過導航和 校正得知其高度（如在書架的第幾層），尋書過程簡單便捷，如圖4所示。乙找到所需要的 書籍后，歸還工作人員球形采光裝置，辦理借書手續(xù)。
[0102] 對本領域的技術人員來說應理解，根據(jù)設計要求和其他因素可W進行各種修改、 組合、自組合和變化，只要它們都落于所附權利要求及其等效方案所限定的范圍內。
【主權項】
1. 一種基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)，所述的定位為三維空間定位， 其特征在于，包括特征光源、小孔采光裝置和處理器，其中： 所述的特征光源由3個或3個以上具有不同特征的光源組成，用于產生并發(fā)出具有不 同特征的光信號；所述的特征為頻率和/或編碼； 所述的小孔采光裝置由帶孔外殼、感光板和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，所述的帶孔外殼為一 剛性柱體外殼，上底有一小孔，下底和感光板結合，感光板具有感光能力的一面朝向小孔， 感光板和小孔之間的垂直距離記錄在處理器內；所述的感光板表面密布精密感光元件，能 精確感知入射感光板的光信號的特征以及在感光板上的位置；所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集 到的光信號的特征和在感光板上的位置通過有線或無線方式傳輸給處理器； 所述的處理器用于記錄個個特征光源的特征和在室內的位置，并根據(jù)各個特征光源的 特征和在室內的位置以及小孔采光裝置傳遞的所采集到的光信號的特征和各自在感光板 上的位置，計算出小孔采光裝置所處的位置，從而實現(xiàn)室內定位；所述的處理器以有線或無 線方式和小孔采光裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)，其特征 在于：所述的處理器為至少一臺具有光電信號轉換和數(shù)據(jù)處理能力的終端。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)，其特征 在于：所述的室內定位系統(tǒng)可以和室內導航技術相結合，具體為：用戶利用所述的室內定 位系統(tǒng)獲得自己在室內的精確位置，結合所需到達的目標位置，利用導航技術尋找路線以 逼近，在逼近的過程中仍然可以通過所述的室內定位系統(tǒng)獲取自己在室內的實時位置，以 不斷校正導航的結果實現(xiàn)反饋。4. 一種利用權利要求1所述基于特征光源和小孔采光裝置的室內定位系統(tǒng)進行室內 定位的方法，其特征在于，包括以下5個步驟： (1) 光源布置：在室內布置3個或3個以上特征光源，打開已布置好的特征光源令其發(fā) 光； (2) 信息錄入：將步驟（1)中所布置的各個特征光源的特征和位置錄入處理器； (3) 擇位采光：選擇所需定位的位置安放小孔采光裝置進行采光，將小孔采光裝置所 采集到的光信號的特征和各自在感光板上的位置信息傳輸給處理器； (4) 特征匹配：處理器將步驟（2)中小孔采光裝置感光板所采集到的光信號的特征和 步驟（1)中記錄的各個特征光源的特征進行匹配，從中選取3個匹配程度最高的"光源-光 信號"對，其中，所選取的3個特征光源兩兩不同，所選取的3個光信號也兩兩不同； (5) 位置計算：根據(jù)3個特征光源和3個光信號的位置，計算出小孔采光裝置所處的位 置，從而實現(xiàn)室內定位。5. 根據(jù)權利要求4所述室內定位的方法，其特征在于，所述步驟（4)具體為：處理器首 先分析（3)中小孔采光裝置傳遞的感光板所采集到的光信號的特征，當所采集到的光具有 不同的頻率時，則將其依次和步驟（2)中錄入的各個特征光源的光的頻率相比對；當所采 集到的光具有不同的編碼時，則將其依次和步驟（2)中錄入的各個特征光源的光的編碼相 比對；當所采集到的光既具有不同的頻率也具有不同的編碼時，則將其依次和步驟（2)中 錄入的各個特征光源的光的頻率和編碼分別進行比對再綜合其結果；以此得到匹配程度從 尚到低的序列。6.根據(jù)權利要求4所述室內定位的方法，其特征在于，所述步驟（5)具體為： ① 根據(jù)特征光源的位置計算其間距離； ② 根據(jù)三個光信號感光板上位置及小孔和感光板之間的垂直距離計算感光板上這三 個點到小孔的距離； ③ 根據(jù)計算出的三個點到小孔的距離，計算出這三個點到小孔的三條連線間的夾角； ④ 根據(jù)這三個點到小孔的三條連線間的夾角，得到三個特征光源到小孔的三條連線間 的夾角； ⑤ 根據(jù)三個特征光源到小孔的三條連線間的夾角，結合三個特征光源間的距離，計算 出小孔采光裝置的空間位置，實現(xiàn)室內定位。
【文檔編號】G01S5/16GK105824009SQ201510014139
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月10日
【發(fā)明人】孟濬, 黃吉羊, 傅幼萍, 張俊
【申請人】浙江大學