一种基于CDMA调制的可见光通信三维定位方法与流程

技术特征：

1.一种基于CDMA调制的可见光通信三维定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、与三维物理坐标相关的所有LED灯具的ID位置信息通过CDMA调制后形成扩频信号；

步骤2、所述扩频信号由LED驱动电路驱动LED灯具发射可见光信号；

步骤3、所述可见光信号经光电检测器件转换为电信号；所述电信号通过移动终端即定位终端的检测获得光强衰减因子；所述电信号再经过CDMA解调处理后形成ID位置信息；

步骤4、定位终端根据所述ID位置信息确定定位的位置区域；

步骤5、根据所述光强衰减因子通过RSS三角迭代算法得定位位置区域内定位终端与各LED灯具之间的距离，进而获得定位终端具体的物理三维坐标；

RSS三角迭代算法如下：对于室内VLC定位系统，主要考虑直射视距链路，因为光信号从LED灯具到定位终端的光电检测器件的信道增益可表示为：

其中θ为LED的发射角；为光电检测器件的入射角；A为光电检测器件的有效面积,d为LED灯具到定位终端间的距离,θ_c为定位终端的视场角,T_s(θ)为光学滤波器的增益,G(θ)为光学透镜的增益,m_t和m_r均为朗伯阶数；

由公式(1)可得定位单元中第i个LED与定位终端间距离为：

其中，

$C=\frac{m_t+1}{2\mathrm{\π}}\·A\·T_s\left(\mathrm{\θ}\right)\·G\left(\mathrm{\θ}\right)---\left(3\right)$

当考虑定位终端水平放置时，有其中，(H-h)为LED与定位终端间的垂直距离，H为定位单元的高度，故此公式(2)表示为：

$d_i=\sqrt[(2+m_t+m_r)]{\frac{C}{H{\left(0\right)}_i}\·{(H-h)}^{(m_t+m_r)}}---\left(4\right)$

通过光强衰减因子的检测可以获得H(0)_i，通过定位高度的判决算法可以获得h也即为定位终端的z轴坐标z_e；进而可以获得定位单元中第i个LED与定位终端间距离d_i；根据勾股定理，可获得定位单元中第i个LED与定位终端间的水平投影距离d_i,x,y

$d_{i,x,y}^2=d_i^2-{(H-z_e)}^2---\left(5\right)$

根据定位区域内LEDA、LEDB、LEDC三盏LED灯具，运用三角定位法，可以获得定位终端的位置坐标(x_e,y_e)

$\left\{\begin{array}{c}{(x_e-x_A)}^2+{(y_e-y_A)}^2=d_{A,x,y}^2\\ {(x_e-x_B)}^2+{(y_e-y_B)}^2=d_{B,x,y}^2\\ {(x_e-x_C)}^2+{(y_e-y_C)}^2=d_{C,x,y}^2\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，[x_A，x_B，x_C]和[y_A，y_B，y_C]分别为LEDA、LEDB、LEDC三盏LED灯具的x和y物理坐标；最终可获得定位终端的三维坐标(x_e,y_e,z_e)。

2.根据权利要求1中所述的一种基于CDMA调制的可见光通信三维定位方法，其特征在于，所述步骤1中的CDMA调制还包括以下步骤：

步骤11、所述的ID位置信息通过OOK基带调制形成基带调制信号；

步骤12、所述基带调制信号经过扩频码进行扩频操作，再将扰码加载到扩频后的信号中形成最终的扩频信号。

3.根据权利要求1中所述的一种基于CDMA调制的可见光通信三维定位方法，其特征在于，所述步骤3还包括以下步骤：

步骤31、所述可见光信号经光电检测器件的光电转换后形成电信号；所述电信号经过定位终端的检测可获得光强衰减因子；

步骤32、所述电信号经过放大、滤波后形成解扩前信号；

步骤33、CDMA解扩模块通过内置的同步电路来捕捉LED灯具所发射的扩频码的准确相位，由此产生与发送端相位一致的扩频码与所述解扩前信号进行解扩处理，还原出ID位置信息。

4.根据权利要求1中所述的一种基于CDMA调制的可见光通信三维定位方法，其特征在于，所述步骤5中的定位高度的判决算法还包括以下步骤：

步骤51、先分别以三个LED灯具LEDA、LEDB、LEDC为中心作圆；

步骤52、将定位终端的假定高度h也即为z坐标设定为0；

步骤53、根据公式(4)和公式(5)，可以得出圆的半径为d_i,x,y，作出位于定位终端所在平面的圆；

步骤54、计算三个圆之间的交叠面积；

步骤55、将所述定位终端的假定高度增加0.5cm；

步骤56、重复步骤52到55直至定位终端的假定高度到达最大值即LED灯具的高度值；

步骤57、找出三个圆之间交叠面积为最小时候的定位终端假定高度，此时的高度即为定位终端真实的物理位置高度。

5.一种基于CDMA调制的可见光通信三维定位系统，包括定位信息发射子系统、定位信息传输子系统和定位终端接收子系统；其特征在于，所述定位信息发射子系统具有OOK基带调制模块、CDMA扩频调制模块、LED驱动电路和LED灯具；所述定位信息传输子系统为室内定位空间；所述定位终端接收子系统具有光电检测器件、放大滤波处理模块、CDMA解扩模块；所述OOK基带调制模块、CDMA扩频调制模块、LED驱动电路和LED灯具依次连接；所述光电检测器件、放大滤波处理模块和CDMA解扩模块依次连接；与三维物理坐标相关的LED灯具的ID位置信息经过OOK基带调制模块后形成基带调制信号；所述基带调制信号经CDMA扩频调制模块进行扩频处理后形成扩频信号；所述扩频信号通过LED驱动电路，驱动LED灯具发射可见光信号；所述可见光信号通过室内定位空间后由光电检测器件所捕获；所述光电检测器件将可见光信号转换为电信号后，经过放大滤波处理后形成解扩前的信号；所述解扩前的信号经过CDMA解扩模块获得经过传输的ID位置信息；根据对ID位置信息的内容的具体分析，确定定位的位置区域以及光强衰减因子，结合所述基于CDMA调制的可见光通信三维定位算法获得定位区域内定位终端的三维位置坐标，进而实现定位终端位置坐标的确定。