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智能燈光照明導(dǎo)引系統(tǒng)

（一）項(xiàng)目背景由于高層建筑物和房屋墻壁等對(duì)衛(wèi)星定位信號(hào)的遮擋作用，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定地工作于高層建筑物較多的城市或其他較為密閉的環(huán)境中 [29]；美國(guó)全球定位系統(tǒng)（Global Position System， GPS）無(wú)需使用許可的民用標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)的定位精度不足 10 米，已經(jīng)不能滿足日常生活中對(duì)定位精度越來(lái)越高的要求，特別是智能交通系統(tǒng)對(duì)車載定位系統(tǒng)車道級(jí)別的定位精度要求。現(xiàn)有的無(wú)線定位技術(shù)主要使用紅外線、電磁波、磁場(chǎng)、聲波、超聲波等形式發(fā)送定位信號(hào)，或通過(guò)實(shí)時(shí)圖像信息，實(shí)現(xiàn)高精度的無(wú)線定位。但這些定位技術(shù)需要安裝額外的信號(hào)發(fā)射源，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)成本，其中基于電磁波信號(hào)的射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）定位技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)）定位技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)、超寬帶信號(hào)（Ultra Wideband，UWB）定位技術(shù)，還會(huì)占用一定的通信帶寬，降低通信系統(tǒng)的帶寬利用效率，而且由于電磁干擾效應(yīng)不能應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等射頻信號(hào)嚴(yán)格受限的環(huán)境。基于實(shí)時(shí)圖像分析的定位技術(shù)（如微軟公司的 Easy Living 研究項(xiàng)目）一般需要對(duì)定位環(huán)境預(yù)先建立一個(gè)龐大的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，而且應(yīng)用時(shí)會(huì)有一個(gè)復(fù)雜的圖像搜索匹配過(guò)程，實(shí)時(shí)性較差。本項(xiàng)目以可見(jiàn)光通信理論為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有 LED 照明光源，研究開(kāi)發(fā)基于智能燈光照明的室內(nèi)無(wú)線定位導(dǎo)引技術(shù)，相比現(xiàn)有室內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù)，本項(xiàng)目利用現(xiàn)有照明指示光源作為信號(hào)源，并充分發(fā)揮信息融合優(yōu)勢(shì)，具有定位精度高、可靠性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，以及節(jié)能高效、綠色環(huán)保、成本低廉、架設(shè)便捷等眾多優(yōu)勢(shì)。（二）項(xiàng)目簡(jiǎn)介本項(xiàng)目通過(guò)研究基于現(xiàn)有照明指示光源的無(wú)線通信與定位技術(shù)，以及多源信息融合定位技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)無(wú)線定位產(chǎn)品與相關(guān)的管理軟件系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)室密閉內(nèi)環(huán)境高精度、高可靠、低時(shí)延的無(wú)線定位與導(dǎo)航，并可以與現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)全空時(shí)的室內(nèi)外無(wú)縫定位與導(dǎo)航。本項(xiàng)目可以解決地下停車場(chǎng)等密閉環(huán)境的停車導(dǎo)引、反向?qū)ぼ噯?wèn)題，通過(guò)精細(xì)化車輛導(dǎo)引管理，提高車場(chǎng)車位使用效率，改善停車尋車體驗(yàn)；同時(shí)，可以根據(jù)車輛行人的規(guī)劃路徑控制照明指示光源的開(kāi)關(guān)亮暗，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航燈光指引和高效節(jié)能的智能照明；還可以推廣至物流倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房、地下隧道管廊等密閉場(chǎng)合，用于人員、物品與物流機(jī)器人的定位、跟蹤與導(dǎo)航等用途。（三）關(guān)鍵技術(shù) 本項(xiàng)目旨在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)密閉環(huán)境高精度、高可靠、低時(shí)延的無(wú)線定位與導(dǎo)航，涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有： 1.基于照明指示光源的無(wú)線通信技術(shù) 基于照明指示光源的無(wú)線通信技術(shù)將現(xiàn)有照明指示光源作為信號(hào)源，將數(shù)據(jù)信息調(diào)制在照明信號(hào)上，在實(shí)現(xiàn)基本照明指示功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無(wú)線傳輸；具有通信速率高、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)能高效、成本低廉、架設(shè)便捷等眾多優(yōu)勢(shì)。然而，由于可見(jiàn)光信號(hào)不能穿透墻壁等障礙物傳播，容易受到遮擋效應(yīng)的影響；同時(shí)，由于室內(nèi)環(huán)境布局復(fù)雜多樣，可見(jiàn)光信號(hào)傳輸鏈路的有效性會(huì)受到極大的挑戰(zhàn)。因此，為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院头€(wěn)定性，研究設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)編碼調(diào)制算法和信號(hào)檢測(cè)接收算法，是本項(xiàng)目首要研究的關(guān)鍵技術(shù)。 2. 基于照明指示光源的無(wú)線定位技術(shù) 基于照明指示光源的無(wú)線定位技術(shù)將現(xiàn)有照明指示光源作為“偽衛(wèi)星”，通過(guò)接收不同信號(hào)光源發(fā)射的定位信息，可以快速實(shí)現(xiàn)有效的無(wú)線定位與導(dǎo)航。然而，由于信號(hào)傳輸距離相對(duì)較短，以及現(xiàn)有光源布設(shè)位置的限制，用戶可以檢測(cè)接收到的信號(hào)光源個(gè)數(shù)十分有限；同時(shí)由于汽車、物流機(jī)器人的移動(dòng)速度相對(duì)較高，信號(hào)傳輸路徑變化較快。因此，研究設(shè)計(jì)一種高精度、低時(shí)延的無(wú)線定位技術(shù)，是關(guān)系本項(xiàng)目有效性的難點(diǎn)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)。 3. 面向多源信息融合的無(wú)線定位技術(shù) 由于現(xiàn)有智能手機(jī)等用戶終端大都集成了 WiFi、藍(lán)牙、攝像頭，以及六軸傳感器、地磁感應(yīng)等模塊，如何充分發(fā)揮這些模塊在無(wú)線定位方面的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)研究設(shè)計(jì)相關(guān)的多源信息融合算法，實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠、低時(shí)延的無(wú)線定位與導(dǎo)航，也是本項(xiàng)目研究的創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。

西安電子科技大學(xué) 2023-07-20

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