一種基于時序標記的可見光定位系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種基于時序標記的可見光定位系統(tǒng)和方法，涉及LED光通信和室內定位應用領域，發(fā)送端通過多個LED按不同延時發(fā)送相同內容的偽隨機序列；接收端的光探測器同時探測多個信號光，并轉換為電信號，將電信號與發(fā)送端的偽隨機序列進行自相關運算，確定來自不同LED信號光對應的時序和相關峰峰值；將來自任意三個不同LED的信號的相關峰峰值及對應的LED坐標分別帶入公式I(θ)＝F(θ)*I0并聯(lián)立，得到光探測器坐標(x，y，z）。本發(fā)明有效簡化發(fā)送和接收端硬件，同時減少光源布放的限制。
【專利說明】一種基于時序標記的可見光定位系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED光通信和室內定位應用領域，具體涉及一種基于時序標記的可見 光定位系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0002] LED (LightingEmittingDiode,發(fā)光二極管）被稱為第四代照明光源或綠色光源， 具有節(jié)能、安全、可用頻譜寬等優(yōu)點，在提供室內照明的同時還可應用于無線光通信系統(tǒng) 中，同時滿足室內上網以及一系列擴展應用。基于LED的室內定位就是其中一個潛力巨大 的應用方向，由于LED在室內布放位置固定，覆蓋范圍較廣，以各LED為參照可準確獲知位 置和距離，在室內實現(xiàn)類似GPS的定位和導航。
[0003] 由于LED通信系統(tǒng)具有光無線通信的特點，LED定位通常采用基于RSS(Received Signal Power,接收信號強度）、AOA(Angle of arrival,接收信號角度）、TOA(Time of Arrival，到達時間）等方法?；赗SS方法進行定位是最常用最簡單的方案，在光線直射 和發(fā)送接收角對準情況下，接收信號光功率隨距離增加呈對數衰減，因此定量確定這種對 應關系后，測得接收信號功率即可確定發(fā)射端和接收端之間的距離。再根據三角幾何原理， 接收端測量出到位置已知的三個獨立LED光源的距離，即可定位確定接收端的位置。
[0004] 由于基于RSS的測量方案中，不同的LED需要通過不同的頻率或發(fā)送序列進行區(qū) 分和標識，為每個LED使用不同的頻率或者發(fā)送序列都會帶來硬件的復雜化，增加成本。由 于接收光功率通常會受到光源的亮度、信號光的散射和反射、光發(fā)送接收角、背景光干擾等 因素影響，接收光功率的波動和各種測量誤差會影響距離估算以及最后的定位結果。當探 測距離近時，微小的距離變化導致顯著的接收功率變化，因此通常選取探測距離最近、接收 功率最大的三個LED進行三點定位，對光源布放有一定的限制。


【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于時序標記的可見光 定位系統(tǒng)和方法，有效簡化發(fā)送和接收端硬件，同時減少光源布放的限制。
[0006] 為達到以上目的，本發(fā)明提供一種基于時序標記的可見光定位系統(tǒng)，發(fā)送端，包括 第一存儲器和串聯(lián)設置的至少三個延時電路，每個延時電路對應連接一個偏置電路，每個 偏置電路連接一個LED，每個偏置電路還連接一個直流電源，第一存儲器用于提供偽隨機序 列給延時電路，偏置電路用于驅動LED發(fā)出信號光；接收端，包括光探測器和第二存儲器， 二者分別連接一個FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅里葉變換）模塊后，再連接 至一個乘法器，乘法器通過IFFT (Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里葉逆變換） 模塊連接峰值電路，峰值電路還連接一個DSP模塊，且第二存儲器與第一存儲器存儲內容 相同。
[0007] 本發(fā)明還提供一種基于時序標記的可見光定位方法，SI.發(fā)送端通過多個LED按 不同延時發(fā)送相同內容的偽隨機序列在信號光中；S2.接收端的光探測器同時探測來自多 個LED的信號光，并轉換為電信號，將電信號與發(fā)送端的偽隨機序列進行自相關運算，確定 來自不同LED的信號光對應的時序和相關峰峰值；S3.將來自任意三個不同LED的信號對 應的相關峰峰值及對應的LED坐標分別帶入公式：
[0008]

【權利要求】
1. 一種基于時序標記的可見光定位系統(tǒng)，其特征在于： 發(fā)送端，包括第一存儲器和串聯(lián)設置的至少三個延時電路，每個延時電路對應連接一 個偏置電路，每個偏置電路連接一個LED，每個偏置電路還連接一個直流電源，第一存儲器 用于提供偽隨機序列給延時電路，偏置電路用于驅動LED發(fā)出信號光； 接收端，包括光探測器和第二存儲器，二者分別連接一個FFT模塊后，再連接至一個乘 法器，乘法器通過IFFT模塊連接峰值電路，峰值電路還連接一個DSP模塊，且第二存儲器與 第一存儲器存儲內容相同。
2. -種基于權利要求1所述系統(tǒng)的基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：
51. 發(fā)送端通過多個LED按不同延時發(fā)送相同內容的偽隨機序列在信號光中；
52. 接收端的光探測器同時探測來自多個LED的信號光，并轉換為電信號，將電信號與 發(fā)送端的偽隨機序列進行自相關運算，確定來自不同LED的信號光對應的時序和相關峰峰 值；
53. 將來自任意三個不同LED的信號對應的相關峰峰值及對應的LED坐標分別帶入公 式：
并聯(lián)立方程組，得到光探測器坐標（x，y，z);其中Ι(θ)為接收信號強度，F(xiàn)(0)為功 率增益，Itl為發(fā)送角和接收角都為〇的條件下測得的接收信號功率，已知每個LED的坐標為 (Xi, yi; Zi,) (i = 1，2, 3)。
3. 如權利要求2所述基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：所述Sl中，發(fā)送 端從存儲器中讀取并循環(huán)發(fā)送偽隨機序列，經過串聯(lián)的多個延時電路后分別送入每個偏置 電路中，偏置電路由直流電源供電，將延時電路發(fā)來的信號輸出給對應的LED，并驅動LED 發(fā)出信號光。
4. 如權利要求3所述基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：所述Sl中，每個 發(fā)送周期的長度η滿足η>Ν*τ，且T> m，其中N為LED的個數，N彡3，τ為每個延時電路 產生的延時bit長度，m為偽隨機序列的數據長度。
5. 如權利要求4所述基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：各LED發(fā)送的數 據序列延時bit長度τ i為τ i = i* τ，（i = 〇, 1，2…N-1)。
6. 如權利要求2所述基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：光探測器將信號 光轉化成電信號，第二存儲器中提供的與第一存儲器相同的偽隨機序列，兩路信號均通過 FFT模塊進行變換后再通過乘法器卷積相乘，經過IFFT模塊進行變換后，在不同延時處出 現(xiàn)多個相關峰值，通過峰值電路區(qū)分各LED發(fā)出的信號及其對應的相關峰值。
7. 如權利要求2所述基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：光探測器位于所 述LED下方，各LED垂直向下照射。
8. 如權利要求2所述基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：所述S3中，功率 增益（Θ )是隨自變量遞減的非線性函數，根據LED的配光分布曲線測得。
9.如權利要求2所述基于時序標記的可見光定位方法，其特征在于：所述S3中，接收 信號功率Itl是傳輸距離d的函數，即f (d)，是隨自變量遞減的非線性函數，在發(fā)送角和接收 角都為〇的條件下，根據接收功率-距離曲線測得。
【文檔編號】G01S5/16GK104375119SQ201410633344
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權日:2014年11月12日
【發(fā)明者】劉武, 楊超, 楊奇 申請人:武漢郵電科學研究院