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智能燈光照明導引系統

（一）項目背景由于高層建筑物和房屋墻壁等對衛星定位信號的遮擋作用，全球衛星導航系統無法穩定地工作于高層建筑物較多的城市或其他較為密閉的環境中 [29]；美國全球定位系統（Global Position System， GPS）無需使用許可的民用標準定位服務的定位精度不足 10 米，已經不能滿足日常生活中對定位精度越來越高的要求，特別是智能交通系統對車載定位系統車道級別的定位精度要求。現有的無線定位技術主要使用紅外線、電磁波、磁場、聲波、超聲波等形式發送定位信號，或通過實時圖像信息，實現高精度的無線定位。但這些定位技術需要安裝額外的信號發射源，增加了系統的復雜性和實現成本，其中基于電磁波信號的射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）定位技術、無線局域網）定位技術、無線傳感器網絡定位技術、超寬帶信號（Ultra Wideband，UWB）定位技術，還會占用一定的通信帶寬，降低通信系統的帶寬利用效率，而且由于電磁干擾效應不能應用于醫院、機場等射頻信號嚴格受限的環境。基于實時圖像分析的定位技術（如微軟公司的 Easy Living 研究項目）一般需要對定位環境預先建立一個龐大的圖像數據庫，而且應用時會有一個復雜的圖像搜索匹配過程，實時性較差。本項目以可見光通信理論為基礎，利用現有 LED 照明光源，研究開發基于智能燈光照明的室內無線定位導引技術，相比現有室內定位導航技術，本項目利用現有照明指示光源作為信號源，并充分發揮信息融合優勢，具有定位精度高、可靠性好、穩定性強的特點，以及節能高效、綠色環保、成本低廉、架設便捷等眾多優勢。（二）項目簡介本項目通過研究基于現有照明指示光源的無線通信與定位技術，以及多源信息融合定位技術，設計開發無線定位產品與相關的管理軟件系統，用于實現室密閉內環境高精度、高可靠、低時延的無線定位與導航，并可以與現有衛星導航系統對接，實現全空時的室內外無縫定位與導航。本項目可以解決地下停車場等密閉環境的停車導引、反向尋車問題，通過精細化車輛導引管理，提高車場車位使用效率，改善停車尋車體驗；同時，可以根據車輛行人的規劃路徑控制照明指示光源的開關亮暗，實現導航燈光指引和高效節能的智能照明；還可以推廣至物流倉儲庫房、地下隧道管廊等密閉場合，用于人員、物品與物流機器人的定位、跟蹤與導航等用途。（三）關鍵技術本項目旨在實現室內密閉環境高精度、高可靠、低時延的無線定位與導航，涉及的關鍵技術主要有： 1.基于照明指示光源的無線通信技術基于照明指示光源的無線通信技術將現有照明指示光源作為信號源，將數據信息調制在照明信號上，在實現基本照明指示功能的同時，實現數據信息的無線傳輸；具有通信速率高、抗干擾能力強、節能高效、成本低廉、架設便捷等眾多優勢。然而，由于可見光信號不能穿透墻壁等障礙物傳播，容易受到遮擋效應的影響；同時，由于室內環境布局復雜多樣，可見光信號傳輸鏈路的有效性會受到極大的挑戰。因此，為提高數據傳輸的有效性和穩定性，研究設計相關的數據編碼調制算法和信號檢測接收算法，是本項目首要研究的關鍵技術。 2. 基于照明指示光源的無線定位技術基于照明指示光源的無線定位技術將現有照明指示光源作為“偽衛星”，通過接收不同信號光源發射的定位信息，可以快速實現有效的無線定位與導航。然而，由于信號傳輸距離相對較短，以及現有光源布設位置的限制，用戶可以檢測接收到的信號光源個數十分有限；同時由于汽車、物流機器人的移動速度相對較高，信號傳輸路徑變化較快。因此，研究設計一種高精度、低時延的無線定位技術，是關系本項目有效性的難點問題和關鍵技術。 3. 面向多源信息融合的無線定位技術由于現有智能手機等用戶終端大都集成了 WiFi、藍牙、攝像頭，以及六軸傳感器、地磁感應等模塊，如何充分發揮這些模塊在無線定位方面的優勢，通過研究設計相關的多源信息融合算法，實現高精度、高可靠、低時延的無線定位與導航，也是本項目研究的創新點和關鍵技術。

西安電子科技大學 2023-07-20

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