本發(fā)明涉及一種基于pn擴頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，屬于可見光定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)不同，可見光室內(nèi)定位技術(shù)是一種基于可見光通信技術(shù)的室內(nèi)定位技術(shù)，這種技術(shù)與傳統(tǒng)室內(nèi)定位技術(shù)相比具有定位精度高、無電磁干擾、附加模塊少、保密性好、兼顧通信與照明等優(yōu)點，已引起國際上許多專家學者的關(guān)注。

基于可見光通信的室內(nèi)定位算法中，定位的參考點為led點光源，而定位目標為光電檢測器件，定位的距離檢測一般通過接收信號強度(rss)，到達時間(toa)或到達時間差(tdoa)等方式。其中rss算法通過測量可見光信號在空間傳遞過程中的衰減因子即可檢測定位的距離，并不像toa或tdoa算法中要求發(fā)射端和接收端具有嚴格的同步時鐘周期，控制簡單且具有更高的定位精度。進一步地，一般使用三角定位算法(triangulationalgorithm)通過基于強度調(diào)制和直接檢測技術(shù)(im/dd)的接收信號強度來估算定位的距離時，至少需要知道三個參考節(jié)點的位置，而不同參考點信源所發(fā)出的信號在時域和頻域上一般是重疊的，為了區(qū)分不同信源發(fā)出的信號，傳統(tǒng)的可見光室內(nèi)定位方法是通過調(diào)節(jié)不同光源的頻率，但這種方法卻有著諸多缺點：其用途較為單一，只能作為定位系統(tǒng)用，且攜帶信息少，不具有靈活性、多樣性，同時系統(tǒng)的可擴展性較差。為了進一步提高定位的精度，kimhyun-seung等采用載波分配技術(shù)，但由于發(fā)射端和接收端不隨頻率穩(wěn)定變化，因而需要額外的補償算法；yangse-hoon等分別采用時隙分配技術(shù)和波長分配技術(shù)來克服碼間干擾的影響，卻需要發(fā)射端和接收端有嚴格的同步以及需要光學濾波器或多個接收器分集接收；這些方法都大大增加了系統(tǒng)的復雜程度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于pn擴頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，利用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)傳輸偽隨機碼(pn碼)，在接收端接收數(shù)據(jù)幀并利用偽隨機碼的正交性準確區(qū)分不同的光源，從而實現(xiàn)室內(nèi)可見光的精確定位。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種基于pn擴頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，包括如下步驟：

步驟1，在發(fā)送端生成用于發(fā)送信息的數(shù)據(jù)幀信號，所述數(shù)據(jù)幀包括前導碼、幀頭、幀頭校驗序列、可選字段、數(shù)據(jù)單元；

步驟2，采用移位寄存器產(chǎn)生pn碼，并將pn碼插入幀頭的保留字段中，同時在pn碼字段后面插入光源數(shù)量字段；將通信數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)單元的介質(zhì)訪問控制頭和幀校驗序列之間，得到新的數(shù)據(jù)幀信號，新的數(shù)據(jù)幀信號經(jīng)過led驅(qū)動電路后形成可見光信號并發(fā)送出去；

步驟3，在接收端可見光信號由光電檢測器件轉(zhuǎn)化為電信號后，經(jīng)過放大電路和自適應濾波器處理，得到處理后的信號；

步驟4，從處理后的信號中提取出pn碼，并根據(jù)pn碼判斷其光束對應的光源，從而獲得該光源的光強，利用光強與距離的公式獲得接收機與光源的距離，再根據(jù)rss算法，得到接收機的位置，實現(xiàn)定位。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟2所述將pn碼插入幀頭的保留字段中，同時在插入位置設(shè)置標識位，標記從該標識位開始插入pn碼。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟4所述從處理后的信號中提取出pn碼具體為：根據(jù)標識位找到插入的pn碼并提取出來。

一種基于pn擴頻碼的室內(nèi)可見光定位方法，包括如下步驟：

步驟1，在發(fā)送端生成用于發(fā)送信息的數(shù)據(jù)幀信號，所述數(shù)據(jù)幀包括前導碼、幀頭、幀頭校驗序列、可選字段、數(shù)據(jù)單元；

步驟2，采用移位寄存器產(chǎn)生pn碼，利用pn碼對通信數(shù)據(jù)進行擴頻，并將擴頻后的通信數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)單元的介質(zhì)訪問控制頭和幀校驗序列之間，得到新的數(shù)據(jù)幀信號，新的數(shù)據(jù)幀信號經(jīng)過led驅(qū)動電路后形成可見光信號并發(fā)送出去；

步驟3，在接收端可見光信號由光電檢測器件轉(zhuǎn)化為電信號后，經(jīng)過放大電路和自適應濾波器處理，得到處理后的信號；

步驟4，從處理后的信號中提取出擴頻后的通信數(shù)據(jù)，并利用解擴器進行解擴，得到通信數(shù)據(jù)和pn碼，根據(jù)pn碼判斷其光束對應的光源，從而獲得該光源的光強，利用光強與距離的公式獲得接收機與光源的距離，再根據(jù)rss算法，得到接收機的位置，實現(xiàn)定位。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟2所述將擴頻后的通信數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)單元的介質(zhì)訪問控制頭和幀校驗序列之間，同時在插入位置設(shè)置標識位，標記從該標識位開始插入擴頻后的通信數(shù)據(jù)。

作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟4所述從處理后的信號中提取出擴頻后的通信數(shù)據(jù)具體為：根據(jù)標識位找到插入的擴頻后的通信數(shù)據(jù)并提取出來。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明方法針對發(fā)送的二進制碼流進行了調(diào)制，利用正交性較好的pn碼，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的對燈的頻率調(diào)制，從而不需要對發(fā)射端發(fā)射的信息進行同步發(fā)射的處理，大大簡化了系統(tǒng)控制的復雜程度。

2、本發(fā)明方法很大程度上克服了碼間串擾，解決了因碼間串擾造成的誤碼率高以及不同光束很難區(qū)分的問題，提高了系統(tǒng)性能和定位精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一系統(tǒng)發(fā)射與接收的原理框圖。

圖2是本發(fā)明實施例一所用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例二系統(tǒng)發(fā)射與接收的原理框圖。

圖4是本發(fā)明實施例二所用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的思路是對現(xiàn)有的可見光室內(nèi)定位技術(shù)進行改進，對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀進行處理，利用正交性良好的pn碼，接收端經(jīng)自適應濾波器分辨出各led的pn碼和對應的信號強度，根據(jù)衰減的大小確定定位點的距離，再利用三角定位(rss)算法即可實現(xiàn)接收機的精確定位。在克服了碼間干擾的同時，不需要對發(fā)射端發(fā)射的信息進行同步發(fā)射的處理，大大簡化了系統(tǒng)控制的復雜程度，提升了定位的精度。

pn碼主要是指m序列，其有諸多優(yōu)點：首先，均衡性好，游程分布具有規(guī)律性，具有移位相加特性，即一個m序列mp與其經(jīng)過任意次延遲移位產(chǎn)生的另一個不同序列mr模2相加，得到的仍是mp的某次延遲移位序列ms；其次，其自相關(guān)函數(shù)具有周期性，且是偶函數(shù)，這都有利于我們之后的研究，而且因為pn碼有著良好的正交性，所以可以用來區(qū)分不同的光源發(fā)來的信號，同時可以在幀結(jié)構(gòu)中攜帶大量信息，不僅可以定位，還能實現(xiàn)通信的功能，且具有靈活性，多樣性，系統(tǒng)的擴展性好。

實施例一發(fā)射與接收原理框圖如圖1所示。本方案具體采用如下方法：

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的發(fā)送端，對發(fā)送的二進制碼流(即數(shù)據(jù)幀)進行以下處理：根據(jù)移位寄存器產(chǎn)生pn碼，該移位寄存器的級數(shù)盡量的高，從而產(chǎn)生較長的pn碼序列，將產(chǎn)生的pn碼序列插入到數(shù)據(jù)幀中，我們將插入的位置固定在數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的幀頭中的保留字段處，其不會對數(shù)據(jù)幀中間的信息進行干擾，而且這種方法充分利用了幀結(jié)構(gòu)的存儲空間，不會造成不必要的浪費，提高系統(tǒng)整體的性能。并在插入的位置設(shè)置一個標識位，標記從此位置插入pn序列，以方便接收讀取，從而得到最終的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的接收端，對于接收到的信號進行如下處理：在接收端接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀后，通過標志位找到我們插入的pn序列，因為pn碼的正交性，保證了其受到的碼間干擾很小，我們通過比較之前插入的pn碼確定其是來自哪個燈的光束，從而可以得到來自某個燈的光強，根據(jù)光強與距離的關(guān)系公式，再根據(jù)rss算法，得到目標位置，從而實現(xiàn)精確定位。

如圖2所示，為本實施例所用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖，我們選擇固定的位置插入準備好的pn碼，不同光源采用互相正交的pn碼，在幀頭的保留字段中插入pn碼和光源數(shù)量字段，pn碼用來區(qū)分不同光源，光源數(shù)量字段用來判定房間中的光源數(shù)量。

實施例二的發(fā)射與接受原理圖如圖3所示，具體采用如下方法：

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的發(fā)送端，對發(fā)送的信息進行以下處理：根據(jù)移位寄存器產(chǎn)生pn碼，該移位寄存器的級數(shù)盡量的高，從而產(chǎn)生較長的pn碼序列，利用產(chǎn)生的pn碼對通信數(shù)據(jù)進行擴頻，得到擴頻后的信息。將擴頻后的通信信息插入到數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)單元字段，構(gòu)成新的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，利用驅(qū)動電路和led燈發(fā)送進入信道。

在室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的接收端，對于接收到的信號進行如下處理：在接收端接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀后，通過標志位找到我們插入的通信信息，利用解擴器解擴，得到通信信息和pn碼，再根據(jù)數(shù)據(jù)庫查找對應的pn碼所對應的光源，從而可以得到來自某個燈的光強，根據(jù)光強與距離的關(guān)系公式，再根據(jù)rss算法，得到目標位置，從而實現(xiàn)精確定位。

如圖4所示，為本實施例所用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖，不同光源采用互相正交的pn碼，利用pn碼對通信數(shù)據(jù)進行擴頻處理，我們將擴頻后的通信信息插入到數(shù)據(jù)單元字段，構(gòu)成新的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，隨著光信號一起發(fā)出。

接收端的光電檢測器件通過強度調(diào)制和直接檢測技術(shù)(im/dd)來接收定位的光信號，通過檢測pn碼信息來確定該光束來自哪個燈，從而獲得來自每盞燈的光強，然后根據(jù)光強與距離之間的關(guān)系公式可以計算出接收端到三個燈之間的距離，然后使用三角定位算法即可實現(xiàn)對接收端的精確定位。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。