一種基于rss的led定位系統及方法
【專利摘要】一種基于RSS的LED定位系統及方法，涉及LED光通信和室內定位應用領域，包括至少三個發送端和一個接收端，每個發送端包括T型偏置器和LED，發送端在待傳輸數據前增加PN碼序列，并經過T型偏置器和LED變成可見光發出；接收端光探測器探測可見光信號并轉化成電信號，其中一個FFT單元對電信號進行FFT變換，其余FFT單元用于每個PN碼的FFT變換，乘法器將結果與每個PN碼的FFT運算結果卷積相乘，每個乘積進行IFFT變換，比較電路用于找出時域信號的峰值，功率-距離換算模塊估算接收端到每個LED的距離值并輸出；本發明發送多個正交PN碼區分不同LED信源，降低了發送端的硬件復雜度，節省了LED帶寬。
【專利說明】—種基于RSS的LED定位系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED光通信和室內定位應用領域，具體來講是一種基于RSS的LED定位系統及方法。
【背景技術】
[0002]LED (Lighting Emitting D1de,發光二極管)被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域，勢將成為下一代照明技術。LED因為具有節能、安全、可用頻譜寬等優點，在提供室內照明的同時還可應用于無線光通信系統中，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為參照可以準確獲知位置和距離,在室內實現類似GPS的定位和導航。
[0003]LED定位通常采用基于RSS (Received Signal Power，接收信號功率)和三角幾何方法進行定位。由于LED通信系統具有光無線通信的特點，在視距通信(LOS)條件和發送接收角對準情況下，接收信號的光功率滿足公式:
【權利要求】
1.一種基于RSS的LED定位系統,包括至少三個發送端和一個接收端,其特征在于:每個發送端包括T型偏置器和LED，發送端用于在待傳輸數據前增加對應于該發送端的PN碼序列，并經過T型偏置器和LED變成可見光發出；所述接收端包括光探測器、乘法器、IFFT單元、多個FFT單元、比較電路、功率-距離換算模塊，光探測器用于探測混疊的可見光信號并轉化成一個電信號，其中一個FFT單元用于對電信號進行FFT變換，其余FFT單元用于每個PN碼的FFT變換，乘法器用于將變換后的結果與每個PN碼的FFT運算結果卷積相乘，IFFT模塊對于每個乘積進行IFFT變換，比較電路用于找出IFFT變換后時域信號的峰值，并作為接收到來自每個LED的功率，功率-距離換算模塊用于估算接收端到每個LED的距離值并輸出。
2.如權利要求1所述的基于RSS的LED定位系統，其特征在于:所述功率-距離換算模塊的輸入為光探測器對各個LED的接收功率，功率-距離換算模塊計算后，輸出各LED到光探測器的垂直照射距離，即估算的距離值。
3.如權利要求1所述的基于RSS的LED定位系統，其特征在于:所述光探測器輸出的電信號進行FFT變換后的結果依次與每個PN碼的FFT值卷積相乘，再依次經過IFFT運算和比較電路得到電信號與各PN碼的相關峰峰值，該峰值表示接收各LED的功率的相對大小。
4.如權利要求1所述的基于RSS的LED定位系統，其特征在于:所述接收端包括一個三角定位模塊，所述三角定位模塊接收來自功率-距離換算模塊輸出的估算的距離值，基于三角定位方法計算輸出光探測器的坐標。
5.如權利要求1所述的基于RSS的LED定位系統,其特征在于:每個發送端包括一個放大器，將待傳輸數據信號放大后，輸出至T型偏置器。
6.如權利要求1所述的基于RSS的LED定位系統，其特征在于:所述PN碼序列為相同長度偽隨機序列，各PN碼之間正交不相關，多個發送端分別插入不同的PN碼序列以示區分。
7.一種基于權利要求1所述基于RSS的LED系統的定位方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1.每個發送端在待傳輸數據前增加對應于該發送端的PN碼序列，經由T型偏置器和LED后發出可見光信號； 步驟2.接收端的光探測器同時接收來自所有發送端的可見光信號，并完成光電轉換，對轉換后的電信號進行FFT計算，再分別與各PN碼的FFT運算結果卷積相乘，然后通過IFFT運算模塊和比較電路找出峰值，該峰值大小作為接收該PN碼對應LED的功率； 步驟3.將步驟2中得到的不同LED的功率，根據功率-距離對應關系找出每個LED到接收端的估算的距離值； 步驟4.選取對應的接收功率最大的三個LED，將三個LED到接收端估算的距離值輸入三角定位模塊，計算接收端坐標；其中所述估算距離需要進行多次角度修正和估算，直至估算距離收斂至穩定值。
8.如權利要求7所述的基于RSS的LED系統的定位方法，其特征在于:步驟3中，功率-距離對應關系采用預先測量，在各個LED發射角和光探測器接收角都為O的條件下，光探測器在不同傳輸距離下對各個LED的接收功率分別測量，從而確定功率-距離對應關系。
9.如權利要求7所述的基于RSS的LED系統的定位方法，其特征在于:步驟4中，假設估算的光探測器坐標為(Xe，Ie, %)，則相對于第i個LED(Xi，yi； Zi)，LED的發射角為O1 = a tan(^^Xl )2 + _ Yl)I)，根據LED的配光分布曲線，獲得修正系數，再根據
Ze - Z1修正后的信號光強度比對功率-距離對應關系，取得每個LED到接收端距離的修正值。
10.如權利要求7所述的基于RSS的LED系統的定位方法，其特征在于:所述步驟4中，當迭代前后的估算距離差值小于預設閾值時，認定接收端坐標收斂至穩定值，預設閾值為1cm0
【文檔編號】G01S5/16GK104181503SQ201410380087
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】劉武, 楊超, 楊奇 申請人:武漢郵電科學研究院