可见光扩频通信定位系统技术方案

本发明专利技术涉及可见光扩频通信定位系统，包括移动接收端和至少四个发射端，发射端包括微处理器、存储LED光源位置的RFID标签、信号调制器、第一扩频码发生器、扩频调制器、第一光电信号转换器和LED光源；LED光源均匀设置若干独立编号的方形LED发光晶格；LED发光晶格内均设有黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED；移动接收端包括中央处理器、LTE通信模块、GPS定位模块、光信号接收器、滤噪器、光信号强度检测器、第二光电信号转换器、扩频解调器、第二扩频码发生器、信号解调器、摄像头和显示屏。该系统通过提取多维彩码或二维码中的位置信息粗略定位，由GPS定位和可见光扩频通信融合实现精确定位。

【技术实现步骤摘要】
可见光扩频通信定位系统
本专利技术涉及定位
，尤其涉及一种可见光扩频通信定位系统。
技术介绍
随着移动互联网的发展，各种基于位置的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，可以在室外空阔的环境下为移动终端提供较高定位性能的位置服务。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信号会受到遮挡变弱，以致于GPS定位模块在这些特殊环境的定位性能较差。近年来，随着可见光通信技术和理论的发展，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光源的位置信息数据转换为光信号后，由LED光源将含有位置信息的可见光线发射出去，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仍然存在一些不足之处：一方面，当移动终端解调接收周围LED光源发出的光信号，并提取光信号中的位置信息时，移动终端获取的所谓当前定位数据仍然是周围LED光源的地理位置，并非移动终端的真正位置，这导致目前的可见光通信定位精度有限；另一方面，移动终端需要粗略估计当前位置时，若仍然采用对周围LED光源的光信号进行解调的方式，则会耗费一定的定位时间，影响了粗略定位对定位速度的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种既能够在室内或建筑物密集环境下进行准确定位，又能够满足快速、粗略定位的可见光扩频通信定位系统。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：可见光扩频通信定位系统，其特征在于，包括移动接收端和至少四个发射端，所述发射端分布设置在移动接收端的周围；其中，所述发射端包括微处理器以及分别连接微处理器的存储LED光源位置数据的RFID标签、信号调制器、第一扩频码发生器、扩频调制器、第一光电信号转换器、LED光源和太阳能电池；所述第一扩频码发生器分别连接信号调制器和扩频调制器，所述扩频调制器连接第一光电信号转换器；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，所述微处理器，用以读取RFID标签内存储的LED光源位置数据，并将LED光源位置数据分别转换为光信息、二维码信息和多维彩码信息，并命令指定的LED发光晶格执行发光；所述信号调制器，用以将LED光源位置数据进行信号调制，得到包含LED光源位置信息的调制信号；所述第一扩频码发生器，用以产生扩频码序列，并发送给扩频调制器；所述扩频调制器，用以接收扩频码，以扩展包含LED光源位置信息的调制信号频谱，得到扩频调制信号；所述第一光电信号转换器，根据微处理器的调制命令，将扩频调制信号由电信号转换为光信号；所述LED光源，一方面在LED光源位置数据转换为二维码信息后，根据微处理器对指定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光源位置数据转换为多维彩码信息后，根据微处理器分别对指定LED发光晶格内黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED发光或闭光命令，发出由不同颜色组成的多维彩码图像；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LTE通信模块、GPS定位模块、光信号接收器、滤噪器、光信号强度检测器、第二光电信号转换器、扩频解调器、第二扩频码发生器、信号解调器、摄像头和显示屏；滤噪器分别连接光信号接收器和光信号强度检测器，滤噪器连接第二光电信号转换器，扩频解调器分别连接第二光电信号转换器、第二扩频码发生器和信号解调器；LTE通信模块连接GPS定位模块，GPS定位模块和摄像头分别连接显示屏；其中所述GPS定位模块，用以获取移动接收端的当前GPS位置数据和GPS信号强度值，并发送获取的GPS位置数据和GPS信号强度值给中央处理器；所述光信号接收器，用以接收发射端中LED光源发出的光信号，并发送给滤噪器进行滤噪处理；所述光信号强度检测器，用以分别检测各发射端发送来的光信号强度值，并发送各光信号强度值给中央处理器；所述滤噪器，用以对接收的光信号滤噪，然后发送给中央处理器作出判断：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；所述第二光电信号转换器，用以将接收的光信号转换为LED光源位置的电信号，并发送给中央处理器；所述摄像头，用以对LED光源发出的二维码图像或者多维彩码图像进行读取，并由中央处理器提取二维码图像或多维彩码图像中的LED光源位置信息；所述中央处理器，根据接收的GPS位置数据、GPS信号强度值以及第二光电信号转换器发送的电信号进行融合计算，以获取移动接收端的最终定位数据；其中，中央处理器获取移动接收端最终定位数据的过程依次包括如下步骤：(1)设定获取的GPS定位数据为(xGPS,yGPS,zGPS)，GPS信号强度值为pGPS，GPS信号强度预设阈值为pGPS_door；各发射端分别为R1、R2、R3、R4、...、RN，R1、R2、R3、R4、...、RN的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)、...、(xN,yN,zN)，在时间段T内接收到的光信号强度值分别为p11,p12,p13,…,p1M；p21,p22,p23,…,p2M；p31,p32,p33,…,p3M；...；pN1,pN2,pN3,…,pNM；假设移动接收端的参考坐标为(x,y,z)，移动接收端的最终定位数据为(xR,yR,zR)，N≥4，M≥1；(2)当GPS信号强度值pGPS高于GPS信号强度预设阈值pGPS_door时，则以获取的GPS定位数据(xGPS,yGPS,zGPS)为移动接收端的最终定位数据；否则，执行步骤(3)；(3)根据在时间段T内接收到的各发射端的光信号强度值，计算每个发射端发出的光信号强度值的信号强度均方根值pi：其中，pi表示发射端Ri发出的光信号强度值的均方根值，pij表示发射端Ri发出的某一个光信号强度值；(4)根据接收到的各发射端的光信号强度均方根值p1、p2、p3、p4、...、pN，选取光信号强度均方根值大小位于前四位的值p1、p2、p3和p4；(5)根据接收的各发射端的光信号强度均方根值p1、p2、p3和p4，分别获取发射端R1、R2、R3和R4到移动接收端的距离d1、d2、d3和d4：其中，pi为发射端Ri发出的光信号强度均方根值，n是路径损耗指数，ξ为满足高斯分布的随机数，di为发射端Ri到移动接收端的距离，d0为参考距离，p0为距离移动接收端d0处的光信号强度值，v为距离估计误差，且(6)根据发射端R1、R2、R3和R4的坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)和(x4,y4,z4)，以及获取的距离d1、d2、d3和d4，对移动接收端的参考坐标(x,y,z)进行求解：(6-1)以三个为一组，对发射端R1、R2、R3和R4进行分组，获得四组发射端组合：R1(x1,y1,z1)、R2(x2,y2,z2)和R3(x3,y3本文档来自技高网...

【技术保护点】
可见光扩频通信定位系统，其特征在于，包括移动接收端和至少四个发射端，所述发射端分布设置在移动接收端的周围；其中，所述发射端包括微处理器以及分别连接微处理器的存储LED光源位置数据的RFID标签、信号调制器、第一扩频码发生器、扩频调制器、第一光电信号转换器、LED光源和太阳能电池；所述第一扩频码发生器分别连接信号调制器和扩频调制器，所述扩频调制器连接第一光电信号转换器；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，所述微处理器，用以读取RFID标签内存储的LED光源位置数据，并将LED光源位置数据分别转换为光信息、二维码信息和多维彩码信息，并命令指定的LED发光晶格执行发光；所述信号调制器，用以将LED光源位置数据进行信号调制，得到包含LED光源位置信息的调制信号；所述第一扩频码发生器，用以产生扩频码序列，并发送给扩频调制器；所述扩频调制器，用以接收扩频码，以扩展包含LED光源位置信息的调制信号频谱，得到扩频调制信号；所述第一光电信号转换器，根据微处理器的调制命令，将扩频调制信号由电信号转换为光信号；所述LED光源，一方面在LED光源位置数据转换为二维码信息后，根据微处理器对指定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光源位置数据转换为多维彩码信息后，根据微处理器分别对指定LED发光晶格内黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED发光或闭光命令，发出由不同颜色组成的多维彩码图像；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LTE通信模块、GPS定位模块、光信号接收器、滤噪器、光信号强度检测器、第二光电信号转换器、扩频解调器、第二扩频码发生器、信号解调器、摄像头和显示屏；滤噪器分别连接光信号接收器和光信号强度检测器，滤噪器连接第二光电信号转换器，扩频解调器分别连接第二光电信号转换器、第二扩频码发生器和信号解调器；LTE通信模块连接GPS定位模块，GPS定位模块和摄像头分别连接显示屏；其中所述GPS定位模块，用以获取移动接收端的当前GPS位置数据和GPS信号强度值，并发送获取的GPS位置数据和GPS信号强度值给中央处理器；所述光信号接收器，用以接收发射端中LED光源发出的光信号，并发送给滤噪器进行滤噪处理；所述光信号强度检测器，用以分别检测各发射端发送来的光信号强度值，并发送各光信号强度值给中央处理器；所述滤噪器，用以对接收的光信号滤噪，然后发送给中央处理器作出判断：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；所述第二光电信号转换器，用以将接收的光信号转换为LED光源位置的电信号，并发送给中央处理器；所述摄像头，用以对LED光源发出的二维码图像或者多维彩码图像进行读取，并由中央处理器提取二维码图像或多维彩码图像中的LED光源位置信息；所述中央处理器，根据接收的GPS位置数据、GPS信号强度值以及第二光电信号转换器发送的电信号进行融合计算，以获取移动接收端的最终定位数据；其中，中央处理器获取移动接收端最终定位数据的过程依次包括如下步骤：(1)设定获取的GPS定位数据为(xGPS,yGPS,zGPS)，GPS信号强度值为pGPS，GPS信号强度预设阈值为pGPS_door；各发射端分别为R1、R2、R3、R4、…、RN，R1、R2、R3、R4、…、RN的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)、…、(xN,yN,zN)，在时间段T内接收到的光信号强度值分别为p11,p12,p13,…,p1M；p21,p22,p23,…,p2M；p31,p32,p33,…,p3M；…；pN1,pN2,pN3,…,pNM；假设移动接收端的参考坐标为(x,y,z)，移动接收端的最终定位数据为(xR,yR,zR)，N≥4，M≥1；(2)当GPS信号强度值pGPS高于GPS信号强度预设阈值pGPS_door时，则以获取的GPS定位数据(xGPS,yGPS,zGPS)为移动接收端的最终定位数据；否则，执行步骤(3)；(3)根据在时间段T内接收到的各发射端的光信号强度值，计算每个发射端发出的光信号强度值的信号强度均方根值pi：pi=1MΣj=1Mp2ij,i=1,2,3,...,N;]]>   式(1)其中，pi表示发射端Ri发出的光信号强度值的均方根值，pij表示发射端Ri发出的某一个光信号强度值；(4)根据接收到的各发射端的光信号强度均方根值p1、p2、p3、p4、…、pN，选取光信号强度均方根值大小位于前四位的值p1...

【技术特征摘要】
1.可见光扩频通信定位系统，其特征在于，包括移动接收端和至少四个发射端，所述发射端分布设置在移动接收端的周围；其中，所述发射端包括微处理器以及分别连接微处理器的存储LED光源位置数据的RFID标签、信号调制器、第一扩频码发生器、扩频调制器、第一光电信号转换器、LED光源和太阳能电池；所述第一扩频码发生器分别连接信号调制器和扩频调制器，所述扩频调制器连接第一光电信号转换器；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，所述微处理器，用以读取RFID标签内存储的LED光源位置数据，并将LED光源位置数据分别转换为光信息、二维码信息和多维彩码信息，并命令指定的LED发光晶格执行发光；所述信号调制器，用以将LED光源位置数据进行信号调制，得到包含LED光源位置信息的调制信号；所述第一扩频码发生器，用以产生扩频码序列，并发送给扩频调制器；所述扩频调制器，用以接收扩频码，以扩展包含LED光源位置信息的调制信号频谱，得到扩频调制信号；所述第一光电信号转换器，根据微处理器的调制命令，将扩频调制信号由电信号转换为光信号；所述LED光源，一方面在LED光源位置数据转换为二维码信息后，根据微处理器对指定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光源位置数据转换为多维彩码信息后，根据微处理器分别对指定LED发光晶格内黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED发光或闭光命令，发出由不同颜色组成的多维彩码图像；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LTE通信模块、GPS定位模块、光信号接收器、滤噪器、光信号强度检测器、第二光电信号转换器、扩频解调器、第二扩频码发生器、信号解调器、摄像头和显示屏；滤噪器分别连接光信号接收器和光信号强度检测器，滤噪器连接第二光电信号转换器，扩频解调器分别连接第二光电信号转换器、第二扩频码发生器和信号解调器；LTE通信模块连接GPS定位模块，GPS定位模块和摄像头分别连接显示屏；其中所述GPS定位模块，用以获取移动接收端的当前GPS位置数据和GPS信号强度值，并发送获取的GPS位置数据和GPS信号强度值给中央处理器；所述光信号接收器，用以接收发射端中LED光源发出的光信号，并发送给滤噪器进行滤噪处理；所述光信号强度检测器，用以分别检测各发射端发送来的光信号强度值，并发送各光信号强度值给中央处理器；所述滤噪器，用以对接收的光信号滤噪，然后发送给中央处理器作出判断：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；所述第二光电信号转换器，用以将接收的光信号转换为LED光源位置的电信号，并发送给中央处理器；所述摄像头，用以对LED光源发出的二维码图像或者多维彩码图像进行读取，并由中央处理器提取二维码图像或多维彩码图像中的LED光源位置信息；所述中央处理器，根据接收的GPS位置数据、GPS信号强度值以及第二光电信号转换器发送的电信号进行融合计算，以获取移动接收端的最终定位数据；其中，中央处理器获取移动接收端最终定位数据的过程依次包括如下步骤：(1)设定获取的GPS定位数据为(xGPS,yGPS,zGPS)，GPS信号强度值为pGPS，GPS信号强度预设阈值为pGPS_door；各发射端分别为R1、R2、R3、R4、…、RN，R1、R2、R3、R4、…、RN的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑紫微，宋健，郭建广，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33