[发明专利]一种基于PN扩频码的室内可见光定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于PN扩频码的室内可见光定位方法，属于可见光定位技术领域。

背景技术

与传统的室内定位技术不同，可见光室内定位技术是一种基于可见光通信技术的室内定位技术，这种技术与传统室内定位技术相比具有定位精度高、无电磁干扰、附加模块少、保密性好、兼顾通信与照明等优点，已引起国际上许多专家学者的关注。

基于可见光通信的室内定位算法中，定位的参考点为LED点光源，而定位目标为光电检测器件，定位的距离检测一般通过接收信号强度(RSS)，到达时间(TOA)或到达时间差(TDOA)等方式。其中RSS算法通过测量可见光信号在空间传递过程中的衰减因子即可检测定位的距离，并不像TOA或TDOA算法中要求发射端和接收端具有严格的同步时钟周期，控制简单且具有更高的定位精度。进一步地，一般使用三角定位算法(triangulation algorithm)通过基于强度调制和直接检测技术(IM/DD)的接收信号强度来估算定位的距离时，至少需要知道三个参考节点的位置，而不同参考点信源所发出的信号在时域和频域上一般是重叠的，为了区分不同信源发出的信号，传统的可见光室内定位方法是通过调节不同光源的频率，但这种方法却有着诸多缺点：其用途较为单一，只能作为定位系统用，且携带信息少，不具有灵活性、多样性，同时系统的可扩展性较差。为了进一步提高定位的精度，Kim Hyun-Seung等采用载波分配技术，但由于发射端和接收端不随频率稳定变化，因而需要额外的补偿算法；Yang Se-Hoon等分别采用时隙分配技术和波长分配技术来克服码间干扰的影响，却需要发射端和接收端有严格的同步以及需要光学滤波器或多个接收器分集接收；这些方法都大大增加了系统的复杂程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于PN扩频码的室内可见光定位方法，利用数据帧结构传输伪随机码(PN码)，在接收端接收数据帧并利用伪随机码的正交性准确区分不同的光源，从而实现室内可见光的精确定位。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于PN扩频码的室内可见光定位方法，包括如下步骤：

步骤1，在发送端生成用于发送信息的数据帧信号，所述数据帧包括前导码、帧头、帧头校验序列、可选字段、数据单元；

步骤2，采用移位寄存器产生PN码，并将PN码插入帧头的保留字段中，同时在PN码字段后面插入光源数量字段；将通信数据插入数据单元的介质访问控制头和帧校验序列之间，得到新的数据帧信号，新的数据帧信号经过LED驱动电路后形成可见光信号并发送出去；

步骤3，在接收端可见光信号由光电检测器件转化为电信号后，经过放大电路和自适应滤波器处理，得到处理后的信号；

步骤4，从处理后的信号中提取出PN码，并根据PN码判断其光束对应的光源，从而获得该光源的光强，利用光强与距离的公式获得接收机与光源的距离，再根据RSS算法，得到接收机的位置，实现定位。

作为上述方案的一种优选方案，步骤2所述将PN码插入帧头的保留字段中，同时在插入位置设置标识位，标记从该标识位开始插入PN码。

作为上述方案的一种优选方案，步骤4所述从处理后的信号中提取出PN码具体为：根据标识位找到插入的PN码并提取出来。

一种基于PN扩频码的室内可见光定位方法，包括如下步骤：

步骤1，在发送端生成用于发送信息的数据帧信号，所述数据帧包括前导码、帧头、帧头校验序列、可选字段、数据单元；

步骤2，采用移位寄存器产生PN码，利用PN码对通信数据进行扩频，并将扩频后的通信数据插入数据单元的介质访问控制头和帧校验序列之间，得到新的数据帧信号，新的数据帧信号经过LED驱动电路后形成可见光信号并发送出去；

步骤3，在接收端可见光信号由光电检测器件转化为电信号后，经过放大电路和自适应滤波器处理，得到处理后的信号；

步骤4，从处理后的信号中提取出扩频后的通信数据，并利用解扩器进行解扩，得到通信数据和PN码，根据PN码判断其光束对应的光源，从而获得该光源的光强，利用光强与距离的公式获得接收机与光源的距离，再根据RSS算法，得到接收机的位置，实现定位。

作为上述方案的一种优选方案，步骤2所述将扩频后的通信数据插入数据单元的介质访问控制头和帧校验序列之间，同时在插入位置设置标识位，标记从该标识位开始插入扩频后的通信数据。