CN107817473B - 一种提高可见光定位精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高可见光定位精度的方法，包括N个发射端和一个用于接收光信号的接收端，N≥4，N个发射端传输具有相同功率的光信号；所述接收端包括光电探测器，所述发射端基于正交频分多址技术进行可见光传输，所述接收端同时接收N个发射端的光信号，并分别进行定时操作提取信号，通过分析发射端子载波块的平均功率和接收端子载波块的平均功率估算N个发射端到接收端的传输距离，通过估算出的传输距离，舍弃N个发射端到接收端的传输距离其中较大的N‑3个传输距离，多个发射端定位的基础上只保留3个受噪声影响较小的距离参数或是再考虑到与该距离参数对应的发射端的功率分配，以提高定位精度。

Description

一种提高可见光定位精度的方法

技术领域

本发明涉及一种可见光定位方法，尤其涉及一种提高可见光定位精度的方法。

背景技术

LED具有寿命长、功耗低等特点，已被广泛认可。基于LED的可见光通信通过改变LED驱动电流，完成信号对于LED输出光的调制，是性能优良的广播通信方式，是对现有通信方式的有益补充。

基于接收信号强度(RSS)的定位方式，采用最小二乘法完成二维待测位置估计。由于方程的个数多余未知数的个数，定位精度与所选方程的顺序相关。

估计的传输距离由接收信号强度和传输信号强度决定，而接收信号强度受到噪声的影响。待估计的传输距离越远，其距离的估计误差越大。

发明内容

针对现有技术，本发明提出的一种提高可见光定位精度的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种提高可见光定位精度的方法，包括N个发射端和一个用于接收光信号的接收端，N≥4，所述发射端均为LED，N个发射端传输具有相同功率的光信号；所述接收端包括光电探测器，所述发射端基于正交频分多址技术进行可见光传输，所述接收端同时接收N个发射端的光信号，并分别进行定时操作提取信号，通过分析发射端子载波块的平均功率和接收端子载波块的平均功率估算N个发射端到接收端的传输距离，通过估算出的传输距离，舍弃N个发射端到接收端的传输距离其中较大的N-3个传输距离，根据余下3个传输距离实现定位。

本发明提高可见光定位精度的方法，其中，N＝4，具体步骤如下：

1)给每个发射端随机编号(1-N)，将发射端编号转换成二进制，每一位二进制数进行曼彻斯特编码，即1用10表示，0用01表示，该二进制编码每一位对应频域的一个子载波，1表示对应子载波携带信息，0表示对应子载波不携带信息，根据该二进制编码获得发射端调制信号第一帧的频域信息；每个发射端上的调制信息分别占据整个频带内互不重叠的1/4带宽；对发射端调制信息进行正交振幅调制，使每个发射端发射的信息功率相同，获得频域信息，将所获得的频域信息加在所述第一帧的频域信息之后，形成完整的发射端频域信息；对发射端频域信息进行厄米特对称操作和逆傅里叶变换处理，产生时域调制信号，该时域调制信号为实数信号；将时域调制信号加到发射端的直流驱动上，产生调制的光信号；

2)光电探测器将接收到的N个发射端的光信号转化为时域电信号，并进行N次定时操作获得定时信息；所述接收端将时域电信号进行傅里叶变换恢复出频域信息后计算出所包含的各个子载波块的相应功率；获取恢复后第一帧的频域信息，分析各载波功率并获取对应的二进制编码，将二进制编码解调得到发射端的各自坐标；通过分析各个子载波块的相应功率，按照式(1)估算N个发射端到接收端的传输距离；

式(1)中，Di表示第i个发射端到接收端的传输距离,i＝1，2，3……N；

P_RX,i表示接收端计算得出的第i个发射端对应子载波块的相应功率；

P_TX,i表示第i个发射端发射的信息功率；

m表示朗伯辐射阶数；

A表示光电探测器的面积；

h表示发射端到接收端的垂直距离；

舍弃N个发射端到接收端的传输距离其中较大的N-3个传输距离，只保留3个较小的传输距离；

3)根据估算得到的3个发射端到接收端的传输距离和步骤2)获取的发射端的坐标，通过最小二乘法估计接收端的位置。

为了获得稳定的发射端到接收端的传输距离，可以在步骤2)与步骤3)之间进行如下处理：

21)用保留的3个传输距离计算功率分配系数α_PA,i,k，根据保留的3个发射端到接收端的传输距离按照式(2)计算功率分配系数α_PA,i,k，其中，被舍弃的N-3个传输距离所对应的发射端α_PA,i,k＝0；

其中，N’代表参与功率分配的发射端个数，此处N’＝4；

α_PA,i,k代表第i个发射端第k次功率分配系数,i＝1,2,3,……，N’；

G_PA,i,k表示第i个发射端第k次功率分配到达接收端的功率增益,i＝1,2,3，……，N’；

根据功率分配系数α_PA,i,k，在发射端发射的信息总功率不变的基础上，对发射端信号乘以功率分配系数完成功率分配；

步骤3)之后进行如下处理：

重复执行上述1)、2)、21)、3)步骤，重复的次数为10～50次，最终获得接收端的位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中主要是在多个发射端定位的基础上，基于正交频分多址(OFDMA)技术，只保留3个受噪声影响较小的距离参数或是再考虑到与该距离参数对应的发射端的功率分配，以提高定位精度。

附图说明

图1为本发明中实施例1的系统框图；

图2为本发明中实施例2的系统框图；

图3为本发明所描述的一个实施例的发射端和接收端的空间分布；

图4为本发明所描述的一个实施例的发射端的频域分布。

图5为本发明所描述的一个实施例的接收端的频域分布。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明提出的一种提高可见光定位精度的方法，通过保留受噪声影响较小的3个传输距离提高可见光定位精度，如图1所示，包括N个发射端和一个用于接收光信号的接收端，N≥4，所述发射端均为LED，N个发射端传输具有相同功率的光信号；所述接收端包括光电探测器；所述发射端基于正交频分多址技术进行可见光传输，所述接收端同时接收N个发射端的光信号，并分别进行定时操作提取信号，通过分析发射端子载波块的平均功率和接收端子载波块的平均功率估算N个发射端到接收端的传输距离，通过估算出的传输距离，舍弃N个发射端到接收端的传输距离其中较大的N-3个传输距离，根据余下3个传输距离实现定位。

本发明通过保留受噪声影响较小的3个传输距离以提高可见光定位精度的方法的一个实施例是：在选取的空间中设定有4个LED作为发射端，接收端的布置是图3中高度为1m水平面上(标注有多个点)的任何一点，其具体步骤如图1所示：

1)给每个发射端随机编号(1-N)，将发射端编号转换成二进制，每一位二进制数进行曼彻斯特编码，即1用10表示，0用01表示，该二进制编码每一位对应频域的一个子载波，1表示对应子载波携带信息，0表示对应子载波不携带信息，根据该二进制编码获得发射端调制信号第一帧的频域信息；每个发射端上的调制信息分别占据整个频带内互不重叠的1/4带宽，如图4所示；对发射端调制信息进行正交振幅调制，使每个发射端发射的信息功率相同，获得频域信息，将所获得的频域信息加在所述第一帧的频域信息之后，形成完整的发射端频域信息；对发射端频域信息进行厄米特对称操作和逆傅里叶变换处理，产生时域调制信号，该时域调制信号为实数信号；将时域调制信号加到发射端的直流驱动上，产生调制的光信号；

2)光电探测器将接收到的N个发射端的光信号转化为时域电信号，并进行N次定时操作获得定时信息；所述接收端将时域电信号进行傅里叶变换恢复出频域信息后计算出所包含的各个子载波块的相应功率；获取恢复后第一帧的频域信息，如图5所示，分析各载波功率并获取对应的二进制编码，将二进制编码解调得到发射端的各自坐标；通过分析各个子载波块的相应功率，按照式(1)估算N个发射端到接收端的传输距离；

式(1)中，Di表示第i个发射端到接收端的传输距离,i＝1，2，3……N；

P_RX,i表示接收端计算得出的第i个发射端对应子载波块的相应功率；

P_TX,i表示第i个发射端发射的信息功率；

m表示朗伯辐射阶数；

A表示光电探测器的面积；

h表示发射端到接收端的垂直距离；

舍弃N个发射端到接收端的传输距离其中较大的N-3个传输距离，只保留3个较小的传输距离；

3)根据估算得到的3个发射端到接收端的传输距离和步骤2)获取的发射端的坐标，通过最小二乘法估计接收端的位置。

为了获得发射端到接收端的稳定的传输距离，还提出了一种通过同时进行保留受噪声影响较小的3个传输距离和功率分配提高可见光定位精度的方法，其具体步骤如图2所示，即在上述步骤2)与步骤3)之间进行如下处理(该处理过程即为21))：21)用保留的3个传输距离计算功率分配系数α_PA,i,k，根据保留的3个发射端到接收端的传输距离按照式(2)计算功率分配系数α_PA,i,k，其中，被舍弃的N-3个传输距离所对应的发射端α_PA,i,k＝0，

其中，N’代表参与功率分配的发射端个数，此处N’＝4；α_PA,i,k代表第i个发射端第k次功率分配系数,i＝1,2,3,……，N’；G_PA,i,k表示第i个发射端第k次功率分配到达接收端的功率增益,i＝1,2,3，……，N’；从而保证在发射端发射的信息总功率不变的情况下，根据功率分配系数α_PA,i,k，在发射端发射的信息总功率不变的基础上，对发射端信号乘以功率分配系数完成功率分配，通过功率分配，增加传输距离较长的发射端的发射功率，降低噪声对传输距离较长的发射端的影响。

在执行步骤3)之后，估计得到接收端的位置坐标，重复执行上述1)、2)、21)、3)步骤，重复的次数为10～50次，最终获得高精度的接收端的位置。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种提高可见光定位精度的方法，包括N个发射端和一个用于接收光信号的接收端，N≥4，所述发射端均为LED，N个发射端传输具有相同功率的光信号；所述接收端包括光电探测器；所述发射端基于正交频分多址技术进行可见光传输，所述接收端同时接收N个发射端的光信号，并分别进行定时操作提取信号，通过分析发射端子载波块的平均功率和接收端子载波块的平均功率估算N个发射端到接收端的传输距离，通过估算出的传输距离，舍弃N个发射端到接收端的传输距离其中较大的N-3个传输距离，根据余下3个传输距离实现定位；N＝4，具体步骤如下：

1)给每个发射端随机编号1-N，将发射端编号转换成二进制，每一位二进制数进行曼彻斯特编码，即1用10表示，0用01表示，该二进制编码每一位对应频域的一个子载波，1表示对应子载波携带信息，0表示对应子载波不携带信息，根据该二进制编码获得发射端调制信号第一帧的频域信息；每个发射端上的调制信息分别占据整个频带内互不重叠的1/4带宽；对发射端调制信息进行正交振幅调制，使每个发射端发射的信息功率相同，获得频域信息，将所获得的频域信息加在所述第一帧的频域信息之后，形成完整的发射端频域信息；对发射端频域信息进行厄米特对称操作和逆傅里叶变换处理，产生时域调制信号，该时域调制信号为实数信号；将时域调制信号加到发射端的直流驱动上，产生调制的光信号；

2)光电探测器将接收到的N个发射端的光信号转化为时域电信号，并进行N次定时操作获得定时信息；所述接收端将时域电信号进行傅里叶变换恢复出频域信息后计算出所包含的各个子载波块的相应功率；获取恢复后第一帧的频域信息，分析各载波功率并获取对应的二进制编码，将二进制编码解调得到发射端的各自坐标；通过分析各个子载波块的相应功率，按照式(1)估算N个发射端到接收端的传输距离；

式(1)中，Di表示第i个发射端到接收端的传输距离,i＝1，2，3……N；

P_RX,i表示接收端计算得出的第i个发射端对应子载波块的相应功率；

P_TX,i表示第i个发射端发射的信息功率；

m表示朗伯辐射阶数；

A表示光电探测器的面积；

h表示发射端到接收端的垂直距离；

舍弃N个发射端到接收端的传输距离其中较大的N-3个传输距离，只保留3个较小的传输距离；

3)根据估算得到的3个发射端到接收端的传输距离和步骤2)获取的发射端的坐标，通过最小二乘法估计接收端的位置；

在步骤2)与步骤3)之间进行如下处理：

21)用保留的3个传输距离计算功率分配系数α_PA,i,k，根据保留的3个发射端到接收端的传输距离按照式(2)计算功率分配系数α_PA,i,k，其中，被舍弃的N-3个传输距离所对应的发射端α_PA,i,k＝0；

其中，N’代表参与功率分配的发射端个数，此处N’＝4；

α_PA,i,k代表第i个发射端第k次功率分配系数,i＝1,2,3,……，N’；

G_PA,i,k表示第i个发射端第k次功率分配到达接收端的功率增益,i＝1,2,3，……，N’；

根据功率分配系数α_PA,i,k，在发射端发射的信息总功率不变的基础上，对发射端信号乘以功率分配系数完成功率分配；

步骤3)之后进行如下处理：

重复执行上述1)、2)、21)、3)步骤，重复的次数为10～50次，最终获得接收端的位置。

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