一种基于LED照明的室内定位导航接收系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于LED照明的室内定位导航接收系统，包括光电探测器、信号调理模块、AD采样模块、时序控制单元、RAM缓存单元、码元判决模块、微处理器和SPI接口，码元判决模块包括电性连接的电压比较器和序列检测器；码元判决模块判决此时接收到的码元为1或为0，序列检测器定位帧头，在得到的功率数据中判别出LED灯的位置编码信息，该定位接收系统可以根据输入光电流信号通过处理和计算得出接收机的实时位置信息，并将定位信息传送给外部设备，本发明专利技术可应用于所有的采用接收信号强度比算法RSS的LED室内定位导航系统当中，大大提高LED室内定位系统的集成度和定位精度，有利于实现LED室内定位技术的大规模推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种室内定位导航接收系统，属于定位导航

技术介绍
当今社会，人们对于位置服务的需求已经越来越强烈，虽然GPS技术越来越成熟，应用范围也越来越广泛，但是在建筑物内部和人口密集的大城市，GPS系统能够接收到的信号非常微弱，无法实现定位功能。为了能够填补GPS定位的这一盲区，各种室内定位技术应运而生。目前常见的室内定位技术主要有超声波定位技术、蓝牙定位技术、射频定位技术、红外线定位技术以及超宽带定位技术。但是这些技术在定位精度、实现难度或者抗干扰能力上都存在着或多或少的缺陷，难以满足大众对于室内定位导航的需求。随着白光通信技术的发展以及LED灯的普及，基于LED的室内定位技术开始引起人们的关注。可见光定位技术因其定位精度高，投入成本低，保密性好等一系列优点，也被认为是最有希望解决当前室内定位导航难题的热点技术。目前，LED室内定位技术主要分为成像定位技术和非成像定位技术两大类，成像定位技术主要应用图像传感器来进行定位，非成像定位技术主要是基于距离测量的，由于其实现难度相对较低，能满足大规模应用的要求，而且定位精度也较高，目前的室内定位技术大多采用基于接收信号强度(RSS，Received Signal Strengths)的方式，通过测量接收端接收到的功率来进行位置估计的，如专利技术申请“一种基于LED照明的室内定位导航方法及装置”(申请号：CN201510730659)，其定位原理如下：(1)对室内LED照明系统中的各LED灯进行编码，位置编码与对应LED灯所在的三维空间坐标相对应；(2)将各LED灯的ID编码以时分复用的形式加载到LED灯发射的光信号中，形成数据光信号；(3接收端接收各LED灯的数据光信号，测量出数据光信号所对应LED灯的功率并解析出该灯对应的位置编码；(4)根据测得的接收功率以及对应的位置编码来对接收机进行位置估计。现有的大部分采用RSS算法的接收系统大都是通过摄像头来进行光强测量，这种方式测量误差较大，容易受到外界环境干扰，定位精度较低。而少数采用PIN光电二极管
来测量光强的接收装置都是用分立元件搭建而成，系统复杂度高，稳定性差，测量精度低，功耗大，很难实现大规模的商业应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足并提供一种基于LED照明的室内定位导航接收系统，可有效提高LED室内定位的精度，并且能够实现室内定位接收装置的小型化和集成化。实现本专利技术目的所采用的技术方案为，一种基于LED照明的室内定位导航接收系统，包括光电探测器、信号调理模块、AD采样模块、时序控制单元、RAM缓存单元、码元判决模块、微处理器和SPI接口，光电探测器、信号调理模块和AD采样模块顺序连接，AD采样模块的输出端连接RAM缓存单元的输入端，RAM缓存单元的输出端分别连接码元判决模块和微处理器，码元判决模块的的输出端连接微处理器的输入端，SPI接口连接微处理器的输出端，时序控制单元分别与AD采样模块、RAM缓存单元和码元判决模块电性连接并且与微处理器进行信息交互；所述码元判决模块包括电性连接的电压比较器和序列检测器。所述信号调理模块由低噪声前置放大电路、滤波电路和主放大电路组成。所述低噪声前置放大电路为跨阻型放大电路。所述滤波电路为二阶巴特沃斯型有源高通滤波电路。所述主放大电路为反向比例放大电路。所述AD采样模块的位数为10位，采样频率大于10MHz。所述的RAM缓存单元的类型为双口SRAM。所述光电探测器为PIN光电二极管。所述时序控制单元基于FPGA实现。所述信号调理模块、AD采样模块、时序控制单元、RAM缓存单元、码元判决模块、微处理器和SPI接口集成于一片FPGA中。由上述技术方案可知，本专利技术提供的基于LED照明的室内定位导航接收系统，包括光电探测器、信号调理模块、AD采样模块、时序控制单元、RAM缓存单元、码元判决模块、微处理器和SPI接口；其中1、光电探测器用于接收LED灯的光照并将其转化成电信号，光电探测器优选PIN光电二极管；2、信号调理模块用于对光电探测器输出的电流信号进行放大滤波处理，信号调理模块由前置跨阻放大电路、滤波电路和主放大电路组成，外部PIN光电二极管转换产生的光电流信号进入到前置跨阻放大电路的输入
端，由于该电流极其微弱，通常为几十到几百微安，且电流信号不方便进行后续的信号处理，通过跨阻放大电路作为前置放大电路，对PIN光电二极管输入的信号进行初步的低噪声放大，同时起到电流电压转换器的作用，将极其微弱的光电流信号转换放大为电压信号，使得滤波电路和主放大电路处理的信号均为电压信号，降低后续信号处理难度，经过前置放大电路放大后的得到的电压信号进入滤波电路中，滤波电路滤除信号中的低频噪声，高通滤波之后的信号经由主放大电路进行进一步的放大之后便得到了适合后续电路进行处理的电压信号；3、AD采样模块对放大滤波后的模拟信号(电压信号)进行采样，参考电压由芯片外部电路提供，采样时钟由时序控制单元产生，采样之后的数字量输出端直接与RAM缓存单元相连，采样数据被存入RAM缓存单元，等待微处理器进行处理；4、RAM缓存单元用于缓存AD采样模块得到的数据，同时将数据传输至微处理器和码元判决模块中；5、码元判决模块与RAM缓存单元相连，根据缓存在RAM中的AD采样模块得到的电压信号进行码元判决，在得到的功率数据中判别出LED灯的位置编码信息，码元判决模块包括电性连接的电压比较器和序列检测器，由于发射端发送0和1时对应LED灯的发光功率分别为两个不同的功率值，此时接收端也相应接收到不同的功率，电压比较器中设定判决门限即电压阈值，该电压阈值与可判定接收到的是功率值为“0”或“1”对应功率的功率阈值相对应，当电压信号大于电压阈值，对应的接收功率大于功率阈值时，则判决此时接收到的码元为1，反之则为0，序列检测器用于定位接收的一帧信号的帧头，这样就能根据采样数据判别出LED灯的位置编码，经码元判决模块判决后得到LED灯的编码信息直接发送给微处理器进行处理；6、时序控制单元，时序控制单元分别与AD采样模块、RAM缓存单元和码元判决模块电性连接并且与微处理器进行信息交互，为连接的各模块提供工作时钟，协调各模块的工作时序，包括控制AD采样模块的采样速率、RAM缓存单元的读写操作以及码元判决的模块判决；7、微处理器，负责RSS算法的实现，首先从RAM缓存单元中读取AD采样模块得到的数据，计算出实时的接收功率，然后再结合码元判决模块发送过来的LED灯编码信息，计算出接收机的实时位置；8、SPI接口，SPI接口连接微处理器的输出端，用于微处理器与外部设备之间的通信，将微处理器计算得到的实时位置信息发送给外部设备，同时也能接收外部设备传来的配置信息。与现有技术相比，本专利技术提供的定位接收系统的优点在于：(1)本专利技术提供的定位接收系统中，信号调理模块由前置跨阻放大电路、滤波电路和主放大电路组成，将跨阻放大电路作为前置放大电路，对PIN光电二极管输入的信
号进行初步的低噪声放大，同时起到电流电压转换器的作用，将极其微弱的光电流信号转换放大为电压信号，使得滤波电路和主放大电路处理的信号均为电压信号，降低后续信号处理难度，从而提高定位准确性；(2)信号调理模块、AD采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LED照明的室内定位导航接收系统，其特征在于：包括光电探测器、信号调理模块、AD采样模块、时序控制单元、RAM缓存单元、码元判决模块、微处理器和SPI接口，光电探测器、信号调理模块和AD采样模块顺序连接，AD采样模块的输出端连接RAM缓存单元的输入端，RAM缓存单元的输出端分别连接码元判决模块和微处理器，码元判决模块的的输出端连接微处理器的输入端，SPI接口连接微处理器的输出端，时序控制单元分别与AD采样模块、RAM缓存单元和码元判决模块电性连接并且与微处理器进行信息交互；所述码元判决模块包括电性连接的电压比较器和序列检测器。

【技术特征摘要】
1.一种基于LED照明的室内定位导航接收系统，其特征在于：包括光电探测器、信号调理模块、AD采样模块、时序控制单元、RAM缓存单元、码元判决模块、微处理器和SPI接口，光电探测器、信号调理模块和AD采样模块顺序连接，AD采样模块的输出端连接RAM缓存单元的输入端，RAM缓存单元的输出端分别连接码元判决模块和微处理器，码元判决模块的的输出端连接微处理器的输入端，SPI接口连接微处理器的输出端，时序控制单元分别与AD采样模块、RAM缓存单元和码元判决模块电性连接并且与微处理器进行信息交互；所述码元判决模块包括电性连接的电压比较器和序列检测器。2.根据权利要求1所述的基于LED照明的室内定位导航接收系统，其特征在于：所述信号调理模块由低噪声前置放大电路、滤波电路和主放大电路组成。3.根据权利要求2所述的基于LED照明的室内定位导航接收系统，其特征在于：所述低噪声前置放大电路为跨阻型放大电路。4.根据权利要求2所述的基于LED照明的室内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾，邓松林，吴让仲，顾文君，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42