[发明专利]一种基于信号功率估计的提高可见光定位精度的方法

摘要

本发明公开了一种基于信号功率估计的提高可见光定位精度的方法，其中，所用到的器件包括N个发射端和一个用于接收光信号的接收端，N≥3，N个发射端传输具有相同功率的光信号；所述接收端包括光电探测器；所述发射端基于正交频分多址技术进行可见光传输，所述接收端同时接收N个发射端的光信号，并分别进行定时操作提取信号，通过分析发射端子载波块的平均功率和接收端子载波块的平均功率估算N个发射端到接收端的传输距离，通过估算出的传输距离实现定位。本发明是在多个发射端定位的基础上，基于正交频分多址技术，同时实现可见光通信和可见光定位，并根据分析定位误差的来源，计算发射端的功率分配系数，通过功率分配提高定位精度。

主权项

1.一种基于信号功率估计的提高可见光定位精度的方法，其中，所用到的器件包括N个发射端和一个用于接收光信号的接收端，N≥3，所述发射端均为LED，指定每个发射端的编号分别为1、2、……、N，N个发射端传输具有相同功率的光信号；所述接收端包括光电探测器；其特征在于：所述发射端基于正交频分多址技术进行可见光传输，所述接收端同时接收N个发射端的光信号，并分别进行定时操作提取信号，通过分析发射端子载波块的平均功率和接收端子载波块的平均功率估算N个发射端到接收端的传输距离，通过估算出的传输距离实现定位；具体步骤如下：步骤一、将每个发射端的编号转换成二进制数，每一位二进制数进行曼彻斯特编码，即1用10表示，0用01表示，该二进制编码每一位对应频域的一个子载波，1表示对应子载波携带信息，0表示对应子载波不携带信息，根据该二进制编码获得发射端调制信号第一帧的频域信息；每个发射端上的调制信息分别占据整个频带内互不重叠的1/N带宽；对发射端调制信息进行任意阶数的正交振幅调制，并进行功率归一处理，使每个发射端发射的信息功率相同，获得频域信息，将所获得的频域信息加在所述第一帧的频域信息之后，形成完整的发射端频域信息；对发射端频域信息进行厄米特对称操作和逆傅里叶变换处理，产生时域调制信号，该时域调制信号为实数信号；将时域调制信号加到发射端的直流驱动上，产生调制的光信号；步骤二、光电探测器将接收到的N个发射端的光信号转化为时域电信号，并进行N次定时操作获得定时信息；所述接收端将时域电信号进行傅里叶变换恢复出频域信息后计算出所包含的各个子载波块的相应功率；获取恢复后第一帧的频域信息，分析各载波功率并获取对应的二进制编码，将二进制编码解调得到发射端的各自坐标；通过分析各个子载波块的相应功率，按照式(1)估算N个发射端到接收端的传输距离；式(1)中，Di表示第i个发射端到接收端的传输距离,i＝1，2，3……N；PRX,i表示接收端计算得出的第i个发射端对应子载波块的相应功率；PTX,i表示第i个发射端发射的信息功率；m表示朗伯辐射阶数；A表示光电探测器的面积；h表示发射端到接收端的垂直距离；步骤三、根据估算得到的N个发射端到接收端的传输距离Di和步骤二获取的发射端的坐标，通过最小二乘法估计接收端的位置；步骤四、根据估计出的N个发射端到接收端的传输距离Di按照式(2)和式(3)计算功率分配系数αPA,i；其中，M代表参与功率分配的发射端个数，3≤M≤N；Pn,i表示通过第i个发射端空白子载波估计的噪声的平均功率；αPA,i表示第i个发射端功率分配系数，GPA,i表示第i个发射端功率分配到达接收端的信道增益；αPA,j表示除了第i个发射端以外的其他发射端的功率分配系数；GPA,j表示除了第i个发射端以外的其他发射端的信道增益；根据功率分配系数αPA,i，在发射端发射的信息总功率不变的基础上，对发射端信号乘以功率分配系数完成功率分配；返回步骤二，重复L＝10～50次；最终将所有次数获得的接收端位置的平均值确定为接收端的位置。