可見(jiàn)光擴(kuò)頻通信定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可見(jiàn)光擴(kuò)頻通信定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種基于位置的服務(wù)系統(tǒng)相繼被不斷推出。當(dāng)前，應(yīng)用最 為廣泛的室外無(wú)線定位系統(tǒng)是基于美國(guó)的GPS全球定位系統(tǒng)。通過(guò)在移動(dòng)終端內(nèi)設(shè)置GPS 定位模塊，可以在室外空闊的環(huán)境下為移動(dòng)終端提供較高定位性能的位置服務(wù)。然而，在人 們活動(dòng)較多的家庭室內(nèi)或者建筑物比較密集的特殊環(huán)境中，GPS信號(hào)會(huì)受到遮擋變?nèi)?，以?于GPS定位模塊在這些特殊環(huán)境的定位性能較差。
[0003] 近年來(lái)，隨著可見(jiàn)光通信技術(shù)和理論的發(fā)展，基于可見(jiàn)光通信的定位方法被相繼 提出。該可見(jiàn)光通信定位通過(guò)將各LED光源的位置信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后，由LED光源 將含有位置信息的可見(jiàn)光線發(fā)射出去，然后由移動(dòng)終端接收該光線，并轉(zhuǎn)換、提取光線信號(hào) 中的位置數(shù)據(jù)，從而獲得移動(dòng)終端的當(dāng)前位置。
[0004] 然而，現(xiàn)有的可見(jiàn)光通信定位仍然存在一些不足之處：一方面，當(dāng)移動(dòng)終端解調(diào)接 收周圍LED光源發(fā)出的光信號(hào)，并提取光信號(hào)中的位置信息時(shí)，移動(dòng)終端獲取的所謂當(dāng)前 定位數(shù)據(jù)仍然是周圍LED光源的地理位置，并非移動(dòng)終端的真正位置，這導(dǎo)致目前的可見(jiàn) 光通信定位精度有限；另一方面，移動(dòng)終端需要粗略估計(jì)當(dāng)前位置時(shí)，若仍然采用對(duì)周圍 LED光源的光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的方式，則會(huì)耗費(fèi)一定的定位時(shí)間，影響了粗略定位對(duì)定位速度 的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種既能夠在室內(nèi)或建筑 物密集環(huán)境下進(jìn)行準(zhǔn)確定位，又能夠滿足快速、粗略定位的可見(jiàn)光擴(kuò)頻通信定位系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：可見(jiàn)光擴(kuò)頻通信定位系統(tǒng)，其特 征在于，包括移動(dòng)接收端和至少四個(gè)發(fā)射端，所述發(fā)射端分布設(shè)置在移動(dòng)接收端的周圍；其 中，
[0007] 所述發(fā)射端包括微處理器以及分別連接微處理器的存儲(chǔ)LED光源位置數(shù)據(jù)的 RFID標(biāo)簽、信號(hào)調(diào)制器、第一擴(kuò)頻碼發(fā)生器、擴(kuò)頻調(diào)制器、第一光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器、LED光源和 太陽(yáng)能電池；所述第一擴(kuò)頻碼發(fā)生器分別連接信號(hào)調(diào)制器和擴(kuò)頻調(diào)制器，所述擴(kuò)頻調(diào)制器 連接第一光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器；所述LED光源上均勻地設(shè)置若干具有獨(dú)立編號(hào)的方形LED發(fā)光 晶格；所述每個(gè)LED發(fā)光晶格內(nèi)均設(shè)置有黑光LED、藍(lán)光LED、綠光LED和紅光LED，所述黑 光LED、藍(lán)光LED、綠光LED和紅光LED分別連接微處理器；所述LED光源連接太陽(yáng)能電池； 其中，
[0008] 所述微處理器，用以讀取RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的LED光源位置數(shù)據(jù)，并將LED光源位 置數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換為光信息、二維碼信息和多維彩碼信息，并命令指定的LED發(fā)光晶格執(zhí)行 發(fā)光；
[0009] 所述信號(hào)調(diào)制器，用以將LED光源位置數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，得到包含LED光源位置 信息的調(diào)制信號(hào)；
[0010] 所述第一擴(kuò)頻碼發(fā)生器，用以產(chǎn)生擴(kuò)頻碼序列，并發(fā)送給擴(kuò)頻調(diào)制器；
[0011] 所述擴(kuò)頻調(diào)制器，用以接收擴(kuò)頻碼，以擴(kuò)展包含LED光源位置信息的調(diào)制信號(hào)頻 譜，得到擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)；
[0012] 所述第一光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器，根據(jù)微處理器的調(diào)制命令，將擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)由電信號(hào) 轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；
[0013] 所述LED光源，一方面在LED光源位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維碼信息后，根據(jù)微處理器對(duì) 指定LED發(fā)光晶格的發(fā)光或閉光命令，發(fā)出明暗相間的二維碼圖像；另一方面在LED光源 位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多維彩碼信息后，根據(jù)微處理器分別對(duì)指定LED發(fā)光晶格內(nèi)黑光LED、藍(lán)光 LED、綠光LED和紅光LED發(fā)光或閉光命令，發(fā)出由不同顏色組成的多維彩碼圖像；
[0014] 所述移動(dòng)接收端包括中央處理器以及分別連接中央處理器的LTE通信模塊、GPS 定位模塊、光信號(hào)接收器、濾噪器、光信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)器、第二光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器、擴(kuò)頻解調(diào)器、 第二擴(kuò)頻碼發(fā)生器、信號(hào)解調(diào)器、攝像頭和顯示屏；濾噪器分別連接光信號(hào)接收器和光信號(hào) 強(qiáng)度檢測(cè)器，濾噪器連接第二光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器，擴(kuò)頻解調(diào)器分別連接第二光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器、 第二擴(kuò)頻碼發(fā)生器和信號(hào)解調(diào)器；LTE通信模塊連接GPS定位模塊，GPS定位模塊和攝像頭 分別連接顯示屏；其中
[0015] 所述GPS定位模塊，用以獲取移動(dòng)接收端的當(dāng)前GPS位置數(shù)據(jù)和GPS信號(hào)強(qiáng)度值， 并發(fā)送獲取的GPS位置數(shù)據(jù)和GPS信號(hào)強(qiáng)度值給中央處理器；
[0016] 所述光信號(hào)接收器，用以接收發(fā)射端中LED光源發(fā)出的光信號(hào)，并發(fā)送給濾噪器 進(jìn)行濾噪處理；
[0017] 所述光信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)器，用以分別檢測(cè)各發(fā)射端發(fā)送來(lái)的光信號(hào)強(qiáng)度值，并發(fā)送 各光信號(hào)強(qiáng)度值給中央處理器；
[0018] 所述濾噪器，用以對(duì)接收的光信號(hào)濾噪，然后發(fā)送給中央處理器作出判斷：當(dāng)光信 號(hào)強(qiáng)度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則將判斷結(jié)果發(fā)送給第二光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)光電轉(zhuǎn)換；
[0019] 所述第二光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器，用以將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED光源位置的電信號(hào)， 并發(fā)送給中央處理器；
[0020] 所述攝像頭，用以對(duì)LED光源發(fā)出的二維碼圖像或者多維彩碼圖像進(jìn)行讀取，并 由中央處理器提取二維碼圖像或多維彩碼圖像中的LED光源位置信息；
[0021] 所述中央處理器，根據(jù)接收的GPS位置數(shù)據(jù)、GPS信號(hào)強(qiáng)度值以及第二光電信號(hào)轉(zhuǎn) 換器發(fā)送的電信號(hào)進(jìn)行融合計(jì)算，以獲取移動(dòng)接收端的最終定位數(shù)據(jù)；其中，中央處理器獲 取移動(dòng)接收端最終定位數(shù)據(jù)的過(guò)程依次包括如下步驟：
[0022] (1)設(shè)定獲取的GPS定位數(shù)據(jù)為（xGPS，yGPS，z GPS)，GPS信號(hào)強(qiáng)度值為pGPS，GPS信號(hào) 強(qiáng)度預(yù)設(shè)閾值為P(；PS_dciOT;各發(fā)射端分別為R i、R2、R3、R4.....RN，&、R 2、R3、R4.....Rn的坐 豐不分力U為（Xi，y"i，Z1)、（x2，y〗，Z2)、（X3，y"3，z3)、（x 4，y4，z4)、· · ·、（xN，yN，zN)，在時(shí)間段 T 內(nèi)接 收到的光信號(hào)強(qiáng)度值分別為P11, P12, Pi3, ···，PlM;P 21，P22, P23，…，P2M;P 31，P32, P33，…，P3M;…； pN1，pN2, pN3，…，pNM;假設(shè)移動(dòng)接收端的參考坐標(biāo)為（X，y，Z)，移動(dòng)接收端的最終定位數(shù)據(jù)為 (xR，yR，zR)，N 多 4, M 多 1 ;
[0023] (2)當(dāng)GPS信號(hào)強(qiáng)度值pGPS高于GPS信號(hào)強(qiáng)度預(yù)設(shè)閾值p GPS_dcmr時(shí)，則以獲取的GPS 定位數(shù)據(jù)Ut^ytips, Z(；PS)為移動(dòng)接收端的最終定位數(shù)據(jù)；否則，執(zhí)行步驟（3);
[0024] (3)根據(jù)在時(shí)間段T內(nèi)接收到的各發(fā)射端的光信號(hào)強(qiáng)度值，計(jì)算每個(gè)發(fā)射端發(fā)出 的光信號(hào)強(qiáng)度值的信號(hào)強(qiáng)度均方根值P1:
[0026] 其中，Pi表不發(fā)射端Ri發(fā)出的光信號(hào)強(qiáng)度值的均方根值，p i_j表不發(fā)射端Ri發(fā)出的 某一個(gè)光信號(hào)強(qiáng)度值；
[0027] (4)根據(jù)接收到的各發(fā)射端的光信號(hào)強(qiáng)度均方根值Pl、p2、p 3、p4.....pN，選取光信 號(hào)強(qiáng)度均方根值大小位于前四位的值Pi、P2、P;?和P 4;
[0028] (5)根據(jù)接收的各發(fā)射端的光信號(hào)強(qiáng)度均方根值Pl、p2、？ 3和p 4，分別獲取發(fā)射端 &、R2、私和R 4到移動(dòng)接收端的距離d η d2、d3和d 4:
[0031] 其中，？1為發(fā)射端1^發(fā)出的光信號(hào)強(qiáng)度均方根值，η是路徑損耗指數(shù)，ξ為滿足高 斯分布的隨機(jī)數(shù)，山為發(fā)射端R jlj移動(dòng)接收端的距離，d。為參考距離，ρ。為距離移動(dòng)接收 端d。處