本發(fā)明涉及一種基于pn擴(kuò)頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，屬于可見光定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)不同，可見光室內(nèi)定位技術(shù)是一種基于可見光通信技術(shù)的室內(nèi)定位技術(shù)，這種技術(shù)與傳統(tǒng)室內(nèi)定位技術(shù)相比具有定位精度高、無(wú)電磁干擾、附加模塊少、保密性好、兼顧通信與照明等優(yōu)點(diǎn)，已引起國(guó)際上許多專家學(xué)者的關(guān)注。

基于可見光通信的室內(nèi)定位算法中，定位的參考點(diǎn)為led點(diǎn)光源，而定位目標(biāo)為光電檢測(cè)器件，定位的距離檢測(cè)一般通過接收信號(hào)強(qiáng)度(rss)，到達(dá)時(shí)間(toa)或到達(dá)時(shí)間差(tdoa)等方式。其中rss算法通過測(cè)量可見光信號(hào)在空間傳遞過程中的衰減因子即可檢測(cè)定位的距離，并不像toa或tdoa算法中要求發(fā)射端和接收端具有嚴(yán)格的同步時(shí)鐘周期，控制簡(jiǎn)單且具有更高的定位精度。進(jìn)一步地，一般使用三角定位算法(triangulationalgorithm)通過基于強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)技術(shù)(im/dd)的接收信號(hào)強(qiáng)度來估算定位的距離時(shí)，至少需要知道三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的位置，而不同參考點(diǎn)信源所發(fā)出的信號(hào)在時(shí)域和頻域上一般是重疊的，為了區(qū)分不同信源發(fā)出的信號(hào)，傳統(tǒng)的可見光室內(nèi)定位方法是通過調(diào)節(jié)不同光源的頻率，但這種方法卻有著諸多缺點(diǎn)：其用途較為單一，只能作為定位系統(tǒng)用，且攜帶信息少，不具有靈活性、多樣性，同時(shí)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較差。為了進(jìn)一步提高定位的精度，kimhyun-seung等采用載波分配技術(shù)，但由于發(fā)射端和接收端不隨頻率穩(wěn)定變化，因而需要額外的補(bǔ)償算法；yangse-hoon等分別采用時(shí)隙分配技術(shù)和波長(zhǎng)分配技術(shù)來克服碼間干擾的影響，卻需要發(fā)射端和接收端有嚴(yán)格的同步以及需要光學(xué)濾波器或多個(gè)接收器分集接收；這些方法都大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于pn擴(kuò)頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，利用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)傳輸偽隨機(jī)碼(pn碼)，在接收端接收數(shù)據(jù)幀并利用偽隨機(jī)碼的正交性準(zhǔn)確區(qū)分不同的光源，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見光的精確定位。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種基于pn擴(kuò)頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，包括如下步驟：

步驟1，在發(fā)送端生成用于發(fā)送信息的數(shù)據(jù)幀信號(hào)，所述數(shù)據(jù)幀包括前導(dǎo)碼、幀頭、幀頭校驗(yàn)序列、可選字段、數(shù)據(jù)單元；

步驟2，采用移位寄存器產(chǎn)生pn碼，并將pn碼插入幀頭的保留字段中，同時(shí)在pn碼字段后面插入光源數(shù)量字段；將通信數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)單元的介質(zhì)訪問控制頭和幀校驗(yàn)序列之間，得到新的數(shù)據(jù)幀信號(hào)，新的數(shù)據(jù)幀信號(hào)經(jīng)過led驅(qū)動(dòng)電路后形成可見光信號(hào)并發(fā)送出去；

步驟3，在接收端可見光信號(hào)由光電檢測(cè)器件轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，經(jīng)過放大電路和自適應(yīng)濾波器處理，得到處理后的信號(hào)；

步驟4，從處理后的信號(hào)中提取出pn碼，并根據(jù)pn碼判斷其光束對(duì)應(yīng)的光源，從而獲得該光源的光強(qiáng)，利用光強(qiáng)與距離的公式獲得接收機(jī)與光源的距離，再根據(jù)rss算法，得到接收機(jī)的位置，實(shí)現(xiàn)定位。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟2所述將pn碼插入幀頭的保留字段中，同時(shí)在插入位置設(shè)置標(biāo)識(shí)位，標(biāo)記從該標(biāo)識(shí)位開始插入pn碼。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟4所述從處理后的信號(hào)中提取出pn碼具體為：根據(jù)標(biāo)識(shí)位找到插入的pn碼并提取出來。

一種基于pn擴(kuò)頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，包括如下步驟：

步驟1，在發(fā)送端生成用于發(fā)送信息的數(shù)據(jù)幀信號(hào)，所述數(shù)據(jù)幀包括前導(dǎo)碼、幀頭、幀頭校驗(yàn)序列、可選字段、數(shù)據(jù)單元；

步驟2，采用移位寄存器產(chǎn)生pn碼，利用pn碼對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，并將擴(kuò)頻后的通信數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)單元的介質(zhì)訪問控制頭和幀校驗(yàn)序列之間，得到新的數(shù)據(jù)幀信號(hào)，新的數(shù)據(jù)幀信號(hào)經(jīng)過led驅(qū)動(dòng)電路后形成可見光信號(hào)并發(fā)送出去；

步驟3，在接收端可見光信號(hào)由光電檢測(cè)器件轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，經(jīng)過放大電路和自適應(yīng)濾波器處理，得到處理后的信號(hào)；

步驟4，從處理后的信號(hào)中提取出擴(kuò)頻后的通信數(shù)據(jù)，并利用解擴(kuò)器進(jìn)行解擴(kuò)，得到通信數(shù)據(jù)和pn碼，根據(jù)pn碼判斷其光束對(duì)應(yīng)的光源，從而獲得該光源的光強(qiáng)，利用光強(qiáng)與距離的公式獲得接收機(jī)與光源的距離，再根據(jù)rss算法，得到接收機(jī)的位置，實(shí)現(xiàn)定位。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟2所述將擴(kuò)頻后的通信數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)單元的介質(zhì)訪問控制頭和幀校驗(yàn)序列之間，同時(shí)在插入位置設(shè)置標(biāo)識(shí)位，標(biāo)記從該標(biāo)識(shí)位開始插入擴(kuò)頻后的通信數(shù)據(jù)。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟4所述從處理后的信號(hào)中提取出擴(kuò)頻后的通信數(shù)據(jù)具體為：根據(jù)標(biāo)識(shí)位找到插入的擴(kuò)頻后的通信數(shù)據(jù)并提取出來。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明方法針對(duì)發(fā)送的二進(jìn)制碼流進(jìn)行了調(diào)制，利用正交性較好的pn碼，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的對(duì)燈的頻率調(diào)制，從而不需要對(duì)發(fā)射端發(fā)射的信息進(jìn)行同步發(fā)射的處理，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度。

2、本發(fā)明方法很大程度上克服了碼間串?dāng)_，解決了因碼間串?dāng)_造成的誤碼率高以及不同光束很難區(qū)分的問題，提高了系統(tǒng)性能和定位精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一系統(tǒng)發(fā)射與接收的原理框圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一所用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二系統(tǒng)發(fā)射與接收的原理框圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例二所用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的思路是對(duì)現(xiàn)有的可見光室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，利用正交性良好的pn碼，接收端經(jīng)自適應(yīng)濾波器分辨出各led的pn碼和對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)衰減的大小確定定位點(diǎn)的距離，再利用三角定位(rss)算法即可實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的精確定位。在克服了碼間干擾的同時(shí)，不需要對(duì)發(fā)射端發(fā)射的信息進(jìn)行同步發(fā)射的處理，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度，提升了定位的精度。

pn碼主要是指m序列，其有諸多優(yōu)點(diǎn)：首先，均衡性好，游程分布具有規(guī)律性，具有移位相加特性，即一個(gè)m序列mp與其經(jīng)過任意次延遲移位產(chǎn)生的另一個(gè)不同序列mr模2相加，得到的仍是mp的某次延遲移位序列ms；其次，其自相關(guān)函數(shù)具有周期性，且是偶函數(shù)，這都有利于我們之后的研究，而且因?yàn)閜n碼有著良好的正交性，所以可以用來區(qū)分不同的光源發(fā)來的信號(hào)，同時(shí)可以在幀結(jié)構(gòu)中攜帶大量信息，不僅可以定位，還能實(shí)現(xiàn)通信的功能，且具有靈活性，多樣性，系統(tǒng)的擴(kuò)展性好。

實(shí)施例一發(fā)射與接收原理框圖如圖1所示。本方案具體采用如下方法：

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的發(fā)送端，對(duì)發(fā)送的二進(jìn)制碼流(即數(shù)據(jù)幀)進(jìn)行以下處理：根據(jù)移位寄存器產(chǎn)生pn碼，該移位寄存器的級(jí)數(shù)盡量的高，從而產(chǎn)生較長(zhǎng)的pn碼序列，將產(chǎn)生的pn碼序列插入到數(shù)據(jù)幀中，我們將插入的位置固定在數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的幀頭中的保留字段處，其不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)幀中間的信息進(jìn)行干擾，而且這種方法充分利用了幀結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)空間，不會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，提高系統(tǒng)整體的性能。并在插入的位置設(shè)置一個(gè)標(biāo)識(shí)位，標(biāo)記從此位置插入pn序列，以方便接收讀取，從而得到最終的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的接收端，對(duì)于接收到的信號(hào)進(jìn)行如下處理：在接收端接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀后，通過標(biāo)志位找到我們插入的pn序列，因?yàn)閜n碼的正交性，保證了其受到的碼間干擾很小，我們通過比較之前插入的pn碼確定其是來自哪個(gè)燈的光束，從而可以得到來自某個(gè)燈的光強(qiáng)，根據(jù)光強(qiáng)與距離的關(guān)系公式，再根據(jù)rss算法，得到目標(biāo)位置，從而實(shí)現(xiàn)精確定位。

如圖2所示，為本實(shí)施例所用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖，我們選擇固定的位置插入準(zhǔn)備好的pn碼，不同光源采用互相正交的pn碼，在幀頭的保留字段中插入pn碼和光源數(shù)量字段，pn碼用來區(qū)分不同光源，光源數(shù)量字段用來判定房間中的光源數(shù)量。

實(shí)施例二的發(fā)射與接受原理圖如圖3所示，具體采用如下方法：

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的發(fā)送端，對(duì)發(fā)送的信息進(jìn)行以下處理：根據(jù)移位寄存器產(chǎn)生pn碼，該移位寄存器的級(jí)數(shù)盡量的高，從而產(chǎn)生較長(zhǎng)的pn碼序列，利用產(chǎn)生的pn碼對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，得到擴(kuò)頻后的信息。將擴(kuò)頻后的通信信息插入到數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)單元字段，構(gòu)成新的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，利用驅(qū)動(dòng)電路和led燈發(fā)送進(jìn)入信道。

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的接收端，對(duì)于接收到的信號(hào)進(jìn)行如下處理：在接收端接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀后，通過標(biāo)志位找到我們插入的通信信息，利用解擴(kuò)器解擴(kuò)，得到通信信息和pn碼，再根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)查找對(duì)應(yīng)的pn碼所對(duì)應(yīng)的光源，從而可以得到來自某個(gè)燈的光強(qiáng)，根據(jù)光強(qiáng)與距離的關(guān)系公式，再根據(jù)rss算法，得到目標(biāo)位置，從而實(shí)現(xiàn)精確定位。

如圖4所示，為本實(shí)施例所用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖，不同光源采用互相正交的pn碼，利用pn碼對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻處理，我們將擴(kuò)頻后的通信信息插入到數(shù)據(jù)單元字段，構(gòu)成新的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，隨著光信號(hào)一起發(fā)出。

接收端的光電檢測(cè)器件通過強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)技術(shù)(im/dd)來接收定位的光信號(hào)，通過檢測(cè)pn碼信息來確定該光束來自哪個(gè)燈，從而獲得來自每盞燈的光強(qiáng)，然后根據(jù)光強(qiáng)與距離之間的關(guān)系公式可以計(jì)算出接收端到三個(gè)燈之間的距離，然后使用三角定位算法即可實(shí)現(xiàn)對(duì)接收端的精確定位。

以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。