一种基于CDMA调制的RSS三角定位迭代方法及系统与流程

技术特征：

1.一种基于CDMA调制的RSS三角定位迭代方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对应于每个LED灯具物理位置的ID位置信息流经过OOK基带调制模块后形成基带调制信号；

步骤2、所述基带调制信号经CDMA调制后形成扩频信号；

步骤3、所述扩频信号经过与直流信号进行耦合处理后驱动LED灯具发出可见光信号；

步骤4、接收利用光电检测器件对所述可见光信号进行捕获，将光信号转换为电信号；

步骤5、所述电信号经过信号处理后获得ID位置信息以及光强衰减因子；

步骤6、接收根据所述ID位置信息确定定位的位置区域，根据光强衰减因子获得定位区域内接收与各LED参考点之间的距离，再根据三角定位迭代算法实现接收位置坐标的确定。

2.根据权利要求1所述的一种基于CDMA调制的RSS三角定位迭代方法，其特征在于，所述步骤2中的CDMA调制包括以下步骤：

步骤21、采用m序列作为信道化编码，对所述基带调制信号进行扩频操作；

步骤22、采用Walsh码作为地址码，对扩频后的信号进行加扰操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于CDMA调制的RSS三角定位迭代方法，其特征在于，所述步骤5中的信号处理包括以下步骤：

步骤51、所述电信号经过CDMA解扩处理后，将原本重叠的光信号分解成对应于定位区域内各盏LED灯具的解扩信号；

步骤52、所述解扩信号经信号比较器，获得光强衰减因子；

步骤53、所述解扩信号经过放大、滤波处理后，进行OOK解调操作，最终还原出ID位置信息流。

4.根据权利要求1所述的一种基于CDMA调制的RSS三角定位迭代方法，其特征在于，所述步骤6中的三角定位迭代算法包括以下步骤：

步骤61、可见光信号在空间传播的光强衰减因子可以通过信道的增益表示：

$H\left(0\right)=\frac{m+1}{2{\mathrm{\πd}}^2}\·A\·T_s\left(\mathrm{\φ}\right)\·G\left(\mathrm{\φ}\right)\·{\cos }^{m_t}\left(\mathrm{\θ}\right)\·{\cos }^{m_r}\left(\mathrm{\φ}\right)---\left(1\right)$

式中，d为LED参考点光源与接收端的距离；θ为LED相对于法线方向的发射角；φ为相对于接收端法线方向的光强入射角；A为光电检测器的有效面积；T_s(φ)为光滤波器的增益；G(φ)为聚光透镜增益；m_t和m_r为朗伯阶数；而h为接收端所在平面与LED灯具间的垂直距离；此处m_t＝m_r＝1，故上式简化为：

${p_r}^{\left(n\right)}=\frac{C}{d^2}cos\left(\mathrm{\θ}\right)\·cos\left(\mathrm{\φ}\right)\·P_t---\left(2\right)$

其中，

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

在一个已知的VLC系统中，C为常数；当接收端水平放置时，有φ＝θ；则接收端与定位单元中的四盏LED的距离如下式所述：

$d^{\left(n\right)}=\sqrt[4]{C\·h^2\·\frac{P_t}{P_r^{\left(n\right)}}}---\left(4\right)$

设接收端所在位置平面与LED灯具的垂直距离为h₀，将h₀代入式中可得：

$d_0^{\left(n\right)}=\sqrt[4]{C\·h_0^2\·\frac{P_t}{P_r^{\left(n\right)}}}---\left(5\right)$

由勾股定理可得，接收端与各LED定位参考点的水平距离为：

$d_{x,y}^{\left(n\right)}=\sqrt{d_0^{{\left(n\right)}^2}-h_0^2}=\sqrt{\sqrt{C\·h_0^2\·\frac{P_t}{P_r^{\left(n\right)}}}-h_0^2}---\left(6\right)$

已知发射ID位置信息的LED灯具的具体位置，则接收端通过接收三盏LED灯具的信号，再运用三角定位算法即可获得接收端在距离LED为h₀的二维平面上的位置坐标(x，y)：

${(X_n-x)}^2+{(Y_n-y)}^2=d_{x,y}^{{\left(n\right)}^2}---\left(7\right)$

其中，X_n和Y_n分别为A、B、C三个LED灯具的X与Y轴坐标；由此得以下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_A)}^2+{(y-y_A)}^2=d_{A,x,y}^2\\ {(x-x_B)}^2+{(y-y_B)}^2=d_{B,x,y}^2\\ {(x-x_C)}^2+{(y-y_C)}^2=d_{C,x,y}^2\end{array}\right.---\left(8\right)$

通过解下述方程组可以获得接收机的二维位置坐标(x，y)：

$\left\{\begin{array}{c}2x(x_A-x_C)+x_C^2-x_A^2+2y(y_A-y_C)+y_C^2-y_A^2=d_{C,x,y}^2-d_{A,x,y}^2\\ 2x(x_B-x_C)+x_C^2-x_B^2+2y(y_B-y_C)+y_C^2-y_B^2=d_{C,x,y}^2-d_{B,x,y}^2\end{array}\right.---\left(9\right),$

通过分别测量定位区域内四盏LED中的每三盏LED所形成的三角区域进行二维位置的估算，由得四组(x_n,y_n)坐标，最终得出接收端的平均二维位置坐标故此，接收端与各LED灯具间的水平平均位置距离为：

$\widehat{d_{x,y}^{\left(n\right)}}=\sqrt{{(X_n-\hat{x})}^2+{(Y_n-\hat{y})}^2}---\left(10\right)$

通过(5)、(6)和(10)三式结合，估算出接收端与各LED的垂直距离h为：

其中，分别为接收端到A、B、C、D四盏LED的平均水平距离；可通过分别求出A、B、C、D四盏LED所发射的光信号的衰减因子获得；通过求解上述方程组可获得[h_A,h_B,h_C,h_D]，进而得出接收端所在平面与LED所在平面的平均高度

步骤62、按步骤61所获得代替h₀代入式(5)中进行迭代，重复公式(5)～(11)的操作n次，n为正整数；最终接收端的Z轴坐标为：

$\hat{Z}=H-\hat{h}---\left(12\right)$

其中，H为室内定位单元的高度，进而获得了三维空间的位置坐标

5.实现权利要求1所述基于CDMA调制的RSS三角定位迭代三维定位方法的系统，包括定位发射子系统、传输子系统和接收子系统；其特征在于，所述定位发射子系统包括OOK基带调制模块、CDMA扩频模块、LED驱动电路和LED灯具；所述接收子系统具有：光电检测器件、信号解调处理模块和CDMA解扩模块；所述传输子系统为自由空间；所述OOK基带调制模块、CDMA扩频模块、LED驱动电路和LED灯具依次连接；所述光电检测器件、信号解调处理模块和CDMA解扩模块依次连接；加载到每个LED灯具上的ID位置信息通过与接收子系统的PN码相乘进行CDMA调制形成扩频信号；所述CDMA调制位于OOK基带调制之后和可见光信号形成之前；所述CDMA调制包括扩频和加扰两步，首先采用扩频码对数据进行扩频处理，再将扰码加载到扩频后的信号中；所述扩频信号通过LED驱动电路驱动LED灯具发出可见光信号；所述可见光信号经过自由空间到达光电检测器件；所述光电检测器件将可见光信号转换为电信号；所述电信号通过信号解调处理后还原出ID位置信息以及获得光强衰减因子；根据所述ID位置信息获得定位的位置区域；根据所述光强衰减因子通过三角定位迭代算法获得精确的位置坐标。

6.根据权利要求5所述的一种基于CDMA调制的RSS三角定位迭代三维定位系统，其特征在于，所述CDMA扩频模块为直接序列码分多址调制，即DS-CDMA系统。