一种基于rss的led定位系统及方法
【专利摘要】一种基于RSS的LED定位系统及方法，涉及LED光通信和室内定位应用领域，包括至少三个发送端和一个接收端，每个发送端包括T型偏置器和LED，发送端在待传输数据前增加PN码序列，并经过T型偏置器和LED变成可见光发出；接收端光探测器探测可见光信号并转化成电信号，其中一个FFT单元对电信号进行FFT变换，其余FFT单元用于每个PN码的FFT变换，乘法器将结果与每个PN码的FFT运算结果卷积相乘，每个乘积进行IFFT变换，比较电路用于找出时域信号的峰值，功率-距离换算模块估算接收端到每个LED的距离值并输出；本发明发送多个正交PN码区分不同LED信源，降低了发送端的硬件复杂度，节省了LED带宽。
【专利说明】—种基于RSS的LED定位系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED光通信和室内定位应用领域，具体来讲是一种基于RSS的LED定位系统及方法。
【背景技术】
[0002]LED (Lighting Emitting D1de,发光二极管)被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域，势将成为下一代照明技术。LED因为具有节能、安全、可用频谱宽等优点，在提供室内照明的同时还可应用于无线光通信系统中，同时满足室内上网以及一系列扩展应用。基于LED的室内定位就是其中一个潜力巨大的应用方向，由于LED在室内布放位置固定，覆盖范围较广，以各LED为参照可以准确获知位置和距离,在室内实现类似GPS的定位和导航。
[0003]LED定位通常采用基于RSS (Received Signal Power，接收信号功率)和三角几何方法进行定位。由于LED通信系统具有光无线通信的特点，在视距通信(LOS)条件和发送接收角对准情况下，接收信号的光功率满足公式:
【权利要求】
1.一种基于RSS的LED定位系统,包括至少三个发送端和一个接收端,其特征在于:每个发送端包括T型偏置器和LED，发送端用于在待传输数据前增加对应于该发送端的PN码序列，并经过T型偏置器和LED变成可见光发出；所述接收端包括光探测器、乘法器、IFFT单元、多个FFT单元、比较电路、功率-距离换算模块，光探测器用于探测混叠的可见光信号并转化成一个电信号，其中一个FFT单元用于对电信号进行FFT变换，其余FFT单元用于每个PN码的FFT变换，乘法器用于将变换后的结果与每个PN码的FFT运算结果卷积相乘，IFFT模块对于每个乘积进行IFFT变换，比较电路用于找出IFFT变换后时域信号的峰值，并作为接收到来自每个LED的功率，功率-距离换算模块用于估算接收端到每个LED的距离值并输出。
2.如权利要求1所述的基于RSS的LED定位系统，其特征在于:所述功率-距离换算模块的输入为光探测器对各个LED的接收功率，功率-距离换算模块计算后，输出各LED到光探测器的垂直照射距离，即估算的距离值。
3.如权利要求1所述的基于RSS的LED定位系统，其特征在于:所述光探测器输出的电信号进行FFT变换后的结果依次与每个PN码的FFT值卷积相乘，再依次经过IFFT运算和比较电路得到电信号与各PN码的相关峰峰值，该峰值表示接收各LED的功率的相对大小。
4.如权利要求1所述的基于RSS的LED定位系统，其特征在于:所述接收端包括一个三角定位模块，所述三角定位模块接收来自功率-距离换算模块输出的估算的距离值，基于三角定位方法计算输出光探测器的坐标。
5.如权利要求1所述的基于RSS的LED定位系统,其特征在于:每个发送端包括一个放大器，将待传输数据信号放大后，输出至T型偏置器。
6.如权利要求1所述的基于RSS的LED定位系统，其特征在于:所述PN码序列为相同长度伪随机序列，各PN码之间正交不相关，多个发送端分别插入不同的PN码序列以示区分。
7.一种基于权利要求1所述基于RSS的LED系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1.每个发送端在待传输数据前增加对应于该发送端的PN码序列，经由T型偏置器和LED后发出可见光信号； 步骤2.接收端的光探测器同时接收来自所有发送端的可见光信号，并完成光电转换，对转换后的电信号进行FFT计算，再分别与各PN码的FFT运算结果卷积相乘，然后通过IFFT运算模块和比较电路找出峰值，该峰值大小作为接收该PN码对应LED的功率； 步骤3.将步骤2中得到的不同LED的功率，根据功率-距离对应关系找出每个LED到接收端的估算的距离值； 步骤4.选取对应的接收功率最大的三个LED，将三个LED到接收端估算的距离值输入三角定位模块，计算接收端坐标；其中所述估算距离需要进行多次角度修正和估算，直至估算距离收敛至稳定值。
8.如权利要求7所述的基于RSS的LED系统的定位方法，其特征在于:步骤3中，功率-距离对应关系采用预先测量，在各个LED发射角和光探测器接收角都为O的条件下，光探测器在不同传输距离下对各个LED的接收功率分别测量，从而确定功率-距离对应关系。
9.如权利要求7所述的基于RSS的LED系统的定位方法，其特征在于:步骤4中，假设估算的光探测器坐标为(Xe，Ie, %)，则相对于第i个LED(Xi，yi； Zi)，LED的发射角为O1 = a tan(^^Xl )2 + _ Yl)I)，根据LED的配光分布曲线，获得修正系数，再根据
Ze - Z1修正后的信号光强度比对功率-距离对应关系，取得每个LED到接收端距离的修正值。
10.如权利要求7所述的基于RSS的LED系统的定位方法，其特征在于:所述步骤4中，当迭代前后的估算距离差值小于预设阈值时，认定接收端坐标收敛至稳定值，预设阈值为1cm0
【文档编号】G01S5/16GK104181503SQ201410380087
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】刘武, 杨超, 杨奇 申请人:武汉邮电科学研究院