本发明涉及通信定位，尤其涉及一种基于旋转的单发单收三维可见光定位方法。
背景技术：
1、随着工业物联网时代的来临，更多终端设备产生了对室内高精度定位的需求，从而使多种室内定位技术获得了广泛的关注。可见光定位是室内高精度定位的重要组成部分。相比较于wifi(wireless fidelity)、蓝牙和超宽带等常见室内定位技术，可见光定位呈现出低功耗、低布设成本以及高定位精度等特点。然而，现有可见光定位方法需要较多的接收端或者发送端，在收发两端数量缺乏实际场景下难以实现。
2、已有可见光技术利用发光二极管(light emitting diodes，leds)作为发射端，在接收端利用多光电二极管(photo-diodes，pds)或互补金属氧化物半导体(complementarymetal oxide semiconductor，cmos)接收led信号，并根据信号特性，如信号强度、接收时间以及接收角度等来完成定位过程。已有可见光技术建立在具备多led、多pds或cmos的条件下。但已有的多数终端设备中仅具有单pd，这导致在室内灯光资源不足的情况下无法完成定位过程。
3、参考文献：
4、[55]zhou b，liu a，lau v.performance limits of visible light-based userposition and orientation estimation using received signal strength under nlospropagation[j].ieee transactions on wireless communications，2019，18(11)：5227-5241.
5、[56]yu x，wang j，lu h.single led-based indoor positioning system usingmultiple photodetectors[j].ieee photonics journal，2018，10(6)：1-8.
6、[57]yu x，wang j，lu h.indoor positioning system based on single ledusing symmetrical optical receiver[c]//proc.asia communications and photonicsconference.hangzhou，peoples r china：ieee，2018：su2a.50.
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于旋转的单发单收三维可见光定位方法，包括：
2、步骤1，定位场景参数化步骤；分别用xmin与xmax表示ue在场景下水平方向上能达到的最小和最大坐标，ymin与ymax表示ue在场景下垂直方向上能达到的最小和最大坐标，zmin与zmax表示ue在场景下高度方向上能达到的最小和最大坐标。
3、步骤2，旋转定位步骤；利用旋转过程中获得的不同姿态下的信道响应来进行定位过程，即在空间位置中找到一点，使其理论上在k个姿态下的信道响应值与在旋转过程中实际通过信道估计得到的信道响应值欧式距离最小。
4、步骤3，解决非凸性问题步骤；引入粒子群优化算法解决步骤2定位过程中非凸性质带来的定位错误问题，获得最终的定位结果。
5、作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，可以将该定位过程看成是一个优化问题，该优化问题可以表示为：
6、
7、式中——r-vlp系统最终的定位结果；
8、——解空间范围内的任意一点；
9、——任意点上在第k个姿态下理论上的信道响应值；
10、hk——实际旋转过程中信道估计出的第k个姿态下的信道响应值；
11、公式(3-17)中的限制条件c1表示可能的定位结果应该存在于led灯光的覆盖范围内，即最终的定位搜寻范围为一个自led向下的锥形范围，限制c2-x5表示应该在设定的固定范围内寻找，随后通过限定的范围xmin与xmax、ymin与ymax和zmin与zmax来进行寻找。
12、作为本发明的进一步改进，所述步骤3具体步骤包括：
13、步骤30，输入步骤；输入k个旋转姿态下的信道估计结果(k＝0，1，…，k)、粒子群规模n以及粒子群迭代次数m。
14、步骤31，初始化步骤；在粒子群算法的初始阶段，需要初始化xn个粒子对应的入射向量rn，0，并赋予每个粒子一个初始速度向量υn，0以完成后续的迭代过程，随后的过程就是将整个粒子群迭代m次。
15、步骤32，定位结果输出步骤；将群体历史最优粒子对应的入射向量代表的群体历史最优位置作为r-vlp的最终定位结果输出。
16、作为本发明的进一步改进，所述步骤31具体包括：
17、步骤一，计算每个粒子当前的适应值ζn。
18、步骤二，依据最新的适应值ζn，更新群体最优位置信息以及更新粒子移动速度向量υn，m。
19、步骤三，通过速度向量υn，m，得到下一次迭代中每个粒子对应的入射向量rn，m，至此完成一次迭代，然后返回步骤一重复执行。
20、作为本发明的进一步改进，所述步骤一中，优化问题(3-17)的目标函数可以用于计算第n个粒子的适应值，其计算式如下所示
21、
22、该适应值所代表的含义是当前粒子对应的位置是最终的定位结果的可能性，在后续的过程中可以根据该适应值来指导粒子的运动。
23、作为本发明的进一步改进，所述步骤二包括：
24、第1步，根据每个粒子当前的适应值与之前迭代中的历史适应值选取出该粒子的最新的最优历史位置，过程如下：
25、
26、其中表示对于第n个粒子来说其历史最优位置对应的迭代轮数，对应的历史最优入射向量为
27、第2步，通过每个粒子的历史最优入射向量来选取出整个粒子群的历史最优向量，其过程如下：
28、
29、其中表示整个粒子群中曾达到过群体历史最有位置的粒子的编号，而其对应的群体历史最优入射向量为
30、第3步，计算第n个粒子在当前迭代下的移动速度向量υn，m，计算公式如下：
31、
32、其中c1与c2为两个非负常数，其代表了粒子自身历史最优位置信息和群体历史最优位置信息在位置更新过程中起到作用的比重信息，r1与r2表示两个在0至1的闭空间内服从均匀分布的随机变量。
33、作为本发明的进一步改进，所述步骤三具体为：
34、将入射向量rn，m按照下式更新为rn，m+1
35、rn，m＝rn，m-1+υn，m-1 (3-31)。
36、作为本发明的进一步改进，在所述步骤32中，在r-vlp中采用指定固定的粒子群迭代次数m，在迭代m次后，通过群体历史最优位置信息对应的入射向量来获得最终的定位结果，公式如下：
37、
38、本发明的有益效果是：1.本发明方法可以用于isac的室内定位场景；2.本发明方法允许配备单个pd的ue在单灯情况下多次旋转以完成定位过程；3.本发明方法具有对硬件设备的数量的鲁棒性，在任意室内场景下都能完成工作，在这方面远远优于现有的需要至少三个led或三个pd的工作，例如：三边测量方法、指纹法和逼近方法。