一种异步可见光定位方法技术

本发明专利技术涉及一种异步可见光定位方法，本发明专利技术每一路仅需采用单一频率或两种频率的周期性信号，相比现有的iVLP方案可以有效节省频率资源；原始LED‑ID信息经过BCAM编码调制后，连续相同符号的数量不超过两个，可有效降低符号映射问题的复杂度，从而降低算法复杂度；进一步地，采用接收信号传输函数(RSTF)辅助的WCL精确定位算法，可以快速获得定位终端的坐标，运算复杂度低，可解决现有技术占用频率资源过多、定位算法复杂度高的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种异步可见光定位方法
本专利技术涉及可见光定位
，更具体的，涉及一种异步可见光定位方法。
技术介绍
文献[1]提出了一种多帧图像异步成像可见光定位(ImagingVisibleLightPositioning，iVLP)系统模型，该模型解决了使用CMOS图像传感器(CMOSImageSensor，CIS)异步接收LED-ID信息的问题。具体而言，发射机(LED筒灯)循环发射由多个FSOOK符号组成的LED-ID信息，接收机(摄像头)采用异步帧等间隔过采样机制接收FSOOK信号。进一步地，文献[1]讨论了如果异步过采样机制中的两个参数α和β选择不当的话，在处理连续多个相同FSOOK符号时，由于FSOOK符号数量KCI和帧图像数量NCI之间的映射不具有唯一性，会导致从帧数NCI推算FSOOK符号数量KCI时发生判决错误，进一步影响LED-ID的正确恢复。更进一步地，文献[1]的公式(7)和(8)给出了在不同{α,β}组合下的NCI和KCI之间的映射关系式，通过分析发现，如果增大α/β，能够有效解决KCI和NCI之间的映射唯一性问题；然而，增加α/β必然会导致帧图像采样冗余过多，增加接收机处理图像帧的时间，同时引起LED-ID信息传输速率下降。为了解决这一问题，同时解决LED灯具随机异步地广播LED-ID导致的同步问题，文献[1][2][3]提出了一种基于伪密勒编码的成像可见光定位(pseudo-Miller-CodediVLP，MC-iVLP)系统，其编码基本规则为：1.每一个独一无二的信息比特集合被分配两种不同的、独一无二的频率；2.使用预先安排的两种不同的频率交替调制连续相同的信息比特集合，形成不同的FSOOK符号。上述编码机制保证了连续发送的FSOOK符号总是不同的，因此规避了接收机的判决模糊问题。此外，该机制提供了丰富的定时信息，有利于接收机进行信号检测。假设LED-ID信息由“0”和“1”两种信息比特集合构成，根据上述伪密勒编码规则，系统需要4种不同频率的FSOOK符号来对“0”和“1”进行编码，此外还需要另一种频率来表示LED-ID信息的帧头(FrameHeader，FH)。此时，LED灯具循环播送一帧LED-ID信息需要5种不同频率的FSOOK符号，该5种频率形成的集合可称之为同组频率集。虽然文献[1]是基于iVLP提出的，但其MC-iVLP机制可直接应用在基于光电检测器件(Photodetector，PD)的非成像可见光定位(non-ImagingVisibleLightPositioning，nVLP)系统中，可称之为MC-nVLP。MC-iVLP和MC-nVLP的区别在于，前者采用CIS形成一帧条纹图像，而后者采用PD并通过模数(A/D)转换器形成一个由一组连续采样值所组成的采样窗口。除此之外，MC-iVLP和MC-nVLP之间还有一个显著区别在于，由于CIS自带的透镜系统具有天然的空分复用(SpaceDivisionMultiplexing，SDM)能力，相邻LED灯具发送的光信号必然能够投影在CIS成像平面上的不同区域，因此即使相邻LED灯具使用同一组频率集传输LED-ID，MC-iVLP系统接收机也能够同时解码多路LED-ID，有效规避了相邻LED灯具的多址接入干扰(Multi-AccessInterference，MAI)问题；但MC-nVLP系统由于使用PD，不具备SDM能力，PD接收到的光信号是来自相邻LED灯具的多路光信号的叠加，因此，要想解决nVLP系统的MAI问题，相邻LED灯具可采用频分复用(FrequencyDivisionMultiplexing，FDM)原理，使用不同的频率集去传输多路LED-ID信号。通过实验验证，MC-nVLP方案是可行的，它可以有效解决MAI和LED-ID传输的同步问题。但是该方案存在较大的缺陷，占用了较多的频率资源。假设相邻LED灯具的数量为4盏，则根据伪密勒编码机制，系统需要4组不同的频率集，即共需20种不同的频率。在常用LED灯具的带宽较为有限的情况下，多路FSOOK信号异步随机传播时有可能会引起频间干扰(Inter-FrequencyInterference，IFI)。为了消除IFI，必须扩大频率间隔，但这会导致系统带宽的增加，需要采用更高频率响应的LED芯片，对LED器件提出了更高的性能和成本要求。进一步地，上述MC-iVLP和MC-nVLP虽然都可解决LED-ID的传输问题，但它们只能实现粗略定位，无法实现精确的坐标定位。VLP系统要想应用于大规模部署的实际应用场景中，必须将LED-ID传输技术和精确坐标定位技术结合起来，而如何将二者有机地、完美地结合起来，是VLP系统规模部署、应用推广的前提条件。
技术实现思路
为克服现有技术占用频率资源过多、定位算法复杂度高的不足，本专利技术提供了一种异步可见光定位方法。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种异步可见光定位方法,包括以下步骤：步骤S1：建立BCAM机制，采用BCAM机制对LED-ID信息进行编码调制，由于M盏相邻LED灯具采用M个互不相同的非零载波频率为fi(i＝1,2,...,M)的FSOOK符号和M'个频率为fi'(i'＝1,2,..,M')的辅助符号调制LED-ID信号，其中fi'≠fi和1≤M'≤M，则相邻多个LED灯具可共享一个用于调制辅助符号的频率，也可使用不同的辅助符号频率，具体步骤为：第1步：采用双相码的编码思路对二进制LED-ID信息进行编码，原始比特信息“0”用“01”表示，“1”用“10”表示，即将每单位比特用双比特来表示；第2步：对编码后的二进制LED-ID信息加装FH码，此FH码由大于等于3个连续的比特信息“1”和单个比特信息“0”组成，由于经过伪双相编码后的ID信息中连续“0”和“1”的个数不会超过两个，因此FH码“1110”在LED-ID信息比特序列中具有唯一性；第3步：对编码后的二进制序列进行FSOOK符号和辅助符号交替调制，形成BCAM调制信号；具体方法为，信息比特“1”用持续时间为TF、频率为fi的FSOOK符号表示，而信息比特“0”用持续时间为TF、频率为fi'的辅助符号表示；第4步：将BCAM调制信号送入LED电源驱动控制器的控制端，控制LED闪烁发出BCAM光信号；步骤S2：接收机采用基于虚拟窗口的等间隔过采样机制对M路LED-ID信息经过异步传输后，对接收机叠加而成的光信号进行采样；步骤S3：计算采样窗口的数量NW，具体求解步骤如下：设A/D转换器件的采样频率为fS，采样间隔时间为TS＝1/fS，则一个窗口的持续时间TW为：TW＝LTS；令发送符号的持续时间为TF、相邻窗口的间隔时间为TI和一个窗口的持续时间为TW；等间隔过采样机制的三个参数应满足如下基本条件：TW≤TI＜TF(1)定义：TF＝αTW,TI＝βTW,α,β∈R+(2)其中R+表示正实数的集合，则式(1)可改写为：1≤β＜α(3)则采样的窗口的数量应满足如下关系：其中表示比x大的最小正整数，KF表示经过编码后发送一帧LED-ID信息所需要的符号数量；一个采样窗口包含多路来自不同LED的符号，由于FDM机制，这个窗口可以分成针对不同LED的多路虚拟子窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异步可见光定位方法,其特征在于，包括以下步骤:步骤S1：建立BCAM机制，采用BCAM机制对LED‑ID信息进行编码调制，具体步骤为：第1步：采用双相码的编码思路对二进制LED‑ID信息进行编码，原始比特信息“0”用“01”表示，“1”用“10”表示，即将每单位比特用双比特来表示；第2步：对编码后的二进制LED‑ID信息加装FH码，此FH码由大于等于3个连续的比特信息“1”和单个比特信息“0”组成；第3步：对编码后的二进制序列进行FSOOK符号和辅助符号交替调制，形成BCAM调制信号；具体方法为，信息比特“1”用持续时间为TF、频率为fi的FSOOK符号表示，而信息比特“0”用持续时间为TF、频率为fi'的辅助符号表示；第4步：将BCAM调制信号送入LED电源驱动控制器的控制端，控制LED闪烁发出BCAM光信号；步骤S2：接收机采用基于虚拟窗口的等间隔过采样机制对M路LED‑ID信息经过异步传输后，对接收机叠加而成的光信号进行采样；步骤S3：计算采样窗口的数量NW，具体求解步骤如下：设A/D转换器件的采样频率为fS，采样间隔时间为TS＝1/fS，则一个窗口的持续时间TW为：TW＝LTS；令发送符号的持续时间为TF、相邻窗口的间隔时间为TI和一个窗口的持续时间为TW；等间隔过采样机制的三个参数应满足如下基本条件：TW≤TI＜TF   (1)定义：TF＝αTW,TI＝βTW,α,β∈R+   (2)其中R+表示正实数的集合，则式(1)可改写为：1≤β＜α   (3)则采样的窗口的数量应满足如下关系：...

【技术特征摘要】
1.一种异步可见光定位方法,其特征在于，包括以下步骤:步骤S1：建立BCAM机制，采用BCAM机制对LED-ID信息进行编码调制，具体步骤为：第1步：采用双相码的编码思路对二进制LED-ID信息进行编码，原始比特信息“0”用“01”表示，“1”用“10”表示，即将每单位比特用双比特来表示；第2步：对编码后的二进制LED-ID信息加装FH码，此FH码由大于等于3个连续的比特信息“1”和单个比特信息“0”组成；第3步：对编码后的二进制序列进行FSOOK符号和辅助符号交替调制，形成BCAM调制信号；具体方法为，信息比特“1”用持续时间为TF、频率为fi的FSOOK符号表示，而信息比特“0”用持续时间为TF、频率为fi'的辅助符号表示；第4步：将BCAM调制信号送入LED电源驱动控制器的控制端，控制LED闪烁发出BCAM光信号；步骤S2：接收机采用基于虚拟窗口的等间隔过采样机制对M路LED-ID信息经过异步传输后，对接收机叠加而成的光信号进行采样；步骤S3：计算采样窗口的数量NW，具体求解步骤如下：设A/D转换器件的采样频率为fS，采样间隔时间为TS＝1/fS，则一个窗口的持续时间TW为：TW＝LTS；令发送符号的持续时间为TF、相邻窗口的间隔时间为TI和一个窗口的持续时间为TW；等间隔过采样机制的三个参数应满足如下基本条件：TW≤TI＜TF(1)定义：TF＝αTW,TI＝βTW,α,β∈R+(2)其中R+表示正实数的集合，则式(1)可改写为：1≤β＜α(3)则采样的窗口的数量应满足如下关系：其中表示比x大的最小正整数，KF表示经过编码后发送一帧LED-ID信息所需要的符号数量；步骤S4：根据步骤S3中式(4)计算所需的采样窗口数量NW，接收机通过A/D转换器对接收信号实施时长为TW＝LTS的L点过采样；步骤S5：求解NW帧采样窗口中的每一帧在第i路载波频率fi对应的接收信号传输函数的向量具体求解步骤如下：设采样的第x帧窗口离散信号为wx(n)，其中x∈[1,NW]，n＝0,1,...,L-1，则经过戈泽尔变换后，wx(n)在fi频率点上的接收信号传输函数为：其中：(·)*表示取共轭，ki＝TWfi，且其中Qki,x(-1)＝0，Qki,x(-2)＝0；通过式(6)和式(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：江明，李正鹏，刘名，袁剑丰，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44