可见光通信无线定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种可见光通信无线定位系统。
【背景技术】
[0002] 随着移动互联网的发展，各种基于定位的位置服务系统相继被不断推出。当前，应 用最为广泛的室外无线定位系统是基于美国的GPS全球定位系统。通过在移动终端内设置 GPS定位模块，可以在室外为移动终端提供较高的定位服务。然而，在人们活动较多的家庭 室内或者建筑物比较密集的特殊环境中，GPS信号会受到遮挡，以致于这些特殊环境的定位 性能较差。
[0003] 近年来，随着LED绿色光源的可见光通信技术的发展和LED绿色光源的不断普遍 布置，基于可见光通信的定位方法被相继提出。该可见光通信定位通过将各LED绿色光源 的位置信息数据转换为光信号后，由LED绿色光源将可见光线发射出去，然后由移动终端 接收该光线，并转换、提取光线信号中的位置数据，从而获得移动终端的当前位置。然而，现 有的可见光通信定位单独依赖于可见光通信进行定位，其定位效果有限。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种既能准确地获取当前 地理位置，又能够实现丰富信息交互的可见光通信无线定位系统。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：可见光通信无线定位系统，其特 征在于，包括移动接收端、中继定位融合装置和若干发射端，所述发射端均匀地分布设置在 中继定位融合装置的周围；其中，
[0006] 所述发射端包括微处理器以及分别连接微处理器的LED光源、存储LED光源地理 位置信息的RFID标签、第一光电信号转换器、第一蓝牙模块和太阳能电池；所述LED光源上 均匀地设置若干具有独立编号的方形LED发光晶格；所述每个LED发光晶格内均设置有黑 光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED，所述黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED分别连 接微处理器；所述LED光源连接太阳能电池；其中，
[0007] 所述微处理器，用以读取RFID标签内存储的LED光源地理位置信息，并将LED光 源地理位置信分别转换为光信息、二维码信息和多维彩码信息，并命令LED发光晶格执行 发光；
[0008] 所述第一光电信号转换器，用以根据微处理器的调制命令，将LED光源地理位置 信息由电信号转换为光信号；
[0009] 所述第一蓝牙模块，用以接收、检测移动接收端的蓝牙信号，并将检测的蓝牙信号 强度值发送给中继定位融合装置；
[0010] 所述LED光源，一方面在LED光源地理位置信息转换为二维码信息后，根据微处理 器对LED发光晶格的发光或闭光命令，发出明暗相间的二维码图像；另一方面在LED光源地 理位置信息转换为多维彩码信息后，根据微处理器分别对黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红 光LED的发光或闭光命令，发出由不同颜色组成的多维彩码图像；
[0011] 所述移动接收端包括中央处理器以及分别连接中央处理器的GPS定位模块、光信 号接收器、信号放大器、滤噪器、信号比较器、第二光电信号转换器、摄像头、LTE通信模块、 第二蓝牙模块、位置匹配器和显示屏；所述信号放大器分别连接光信号接收器和滤噪器，所 述信号比较器连接滤噪器和第二光电信号转换器；所述位置匹配器分别连接第二光电信号 转换器和显示屏，所述显示屏连接摄像头，所述GPS定位模块连接LTE通信模块和显示屏； 其中，所述GPS定位模块，用以在室外环境时获取移动接收端的位置信息，并由显示屏显示 位置；
[0012] 所述光信号接收器，用以接收各发射端中LED光源发出的光信号，并发送接收的 光信号给信号放大器进行放大处理；
[0013] 所述滤噪器，用以对放大后的光信号滤噪，然后发送给信号比较器作出判断：当光 信号强度超过预设阈值时，则将判断结果发送给第二光电信号转换器，启动光电转换；
[0014] 所述第二光电信号转换器，用以将接收的光信号转换为LED光源地理位置的电信 号，由显示屏根据位置匹配器对电信号的匹配结果显示该LED光源的地理位置；
[0015] 所述摄像头，用以扫描LED光源发出的二维码图像或者多维彩码图像，并由中央 处理器提取二维码图像或多维彩码图像中的LED光源地理位置信息；
[0016] 所述第二蓝牙模块，用以将滤噪器处理后的各发射端的光信号强度值发送给中继 定位融合装置；
[0017] 所述中继定位融合装置包括融合处理模块和第三蓝牙模块，第三蓝牙模块分别连 接第一蓝牙模块、融合处理模块和第二蓝牙模块；
[0018] 所述融合处理模块，接收移动接收端发送来的各发射端的光信号强度值，并根据 接收的各光信号强度值，计算移动接收端当前所处的地理位置，并经第三蓝牙模块发送给 移动接收端；其中，计算移动接收端当前地理位置的过程依次包括如下步骤：
[0019] (1)设定各发射端分别为R1、R2、R3、R 4.....Rn，发射端R1、R2、R3、R 4.....&的地理坐 标分别为（X1, Y1, Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, z3)、（x4, y4, Z4)、· · ·、（xN, yN, zN)，融合处理模块在时 间段T内接收到的各发射端的光信号强度值分别为pn, p12, p13, . . .，p1M;p 21，p22, p23, . . .，p2M; P31，P32, P33，. . .，Pm;. . . ;P m，Pn2, Pn3，. . .，Pnm;移动接收立而的参考地理坐标为（X，y，z)，移动 接收端的实际地理坐标为（XR，y R，ZR)，N34, M31 ;
[0020] (2)根据融合处理模块在时间段T内接收到的各发射端的光信号强度值，计算每 个发射端的光信号强度值的信号强度均方根值P 1;其中，
[0022] 其中，Pi表不发射端Ri的光信号强度值的均方根值，p i_j表不发射端Ri的某一个光 信号强度值；
[0023] (3)根据接收到的各发射端的光信号强度均方根值Pl、p2、p 3、p4.....pN，选取信号 强度均方根值大小位于前四位的值Pi、P2、P;?和P 4;
[0024] (4)根据各发射端的信号强度均方根值Pl、p2、？ 3和p 4，分别获取发射端L R2、R3 和R4到移动接收立而的距1? d p d2、(13和d 4;其中，
[0027] 其中，P1为发射端R i的光信号强度均方根值，η是路径损耗指数，ξ为满足高斯 分布的随机数，其均值为零，山为发射端R jlj移动接收端的距离，d。为参考距离，ρ。为距 离移动接收端d。处的信号强度值，V为距离估计误差，是一个数值为正数的随机变量，且
[0028] (5)根据发射端 R!、R2、私和 R 4的地理坐标（X !，y!，Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, Z3)和 (x4, y4, z4)，以及获取的距离山、d2、(13和d 4，求解移动接收端的参考地理坐标（x, y, z)，求解 过程包括：
[0029] (a)对发射端札、R2、私和R4以三个为一组，进行分组，获得四组发射端组合： Ri(xl，y"l，Z1)、R2(X2，y"2，Z2)渾口 R3(X3，y"3，Z3)，Ri(Xl，y"l，Z1)、R2( X2，y"2，Z2)渾口 R4(X4，5^4，Z4)， R1 (X1, y!，Z1)、R3 (x3, y3, z3)和 R4 (x4, y4, z4)，R2 (x2, y2, z2)、R3 (x3, y3, z3)和 R4 (x4, y4, z4);
[0030] (b)根据发射端 R!、R2、私和尺4的地理坐标（x !，y!，Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, z3)、 (x4, y4, z4)及距离山、(12、(13和d 4，分别计算移动接收端的第一地理坐标（x'，y'，z'）、第二地 理坐标0^"，7"，2"）、第三地理坐标0^'，7"'， 2"'）和第四地理坐标0^"，7""，2""）； 其中，
[0035] (C)根据获取的移动接收端的第一地理坐标〇^'，7'，2'）、第二地理坐标 〇^，7"，2"）、第三地理坐标〇^'，7"'，2"'）和第四地理坐标〇^"， 7""，2""），计算移动 接收端的参考地理坐标（x，y，z);其中，
[0037] (6)根据步骤（5)中计算的移动接收端的第一地理坐标（x'，y'，z'）、第二地理坐 标〇^，7"，，）、第三地理坐标〇^'，7"'，2"'）和第四地理坐标〇^"， 7""，2""）以及获 取的移动接收端的参考地理坐标（x，y，z)，计算移动接收端实际地理坐标（xR，yR，z R)的定 位误差Δχ, Ay, Δζ，其中：
[0042] (7)根据计算的移动接收端的参考地理坐标（x，y，z)以及计算的定位误差 Δχ, Ay, Δζ，计算移动接收端的实际坐标（xR，yR，zR):
[0044] 与现有技术相比，本发明的优点在于：各发射端地理位置经第一光电信号转换器 由电信号转为光信号后，由微处理器命令LED发光晶格内的黑光LED、蓝光LED、绿光LED和 红光LED根据调制后的光信号情况发光，以照射出含有发射端地理位置的多维彩码或二维 码，由移动接收终