[发明专利]一种基于串口和光电转换器阵列的无线光定位系统

说明书

本发明公开了一种基于串口和光电转换器阵列的无线光定位系统，包括发射端、接收端，所述发射端包括带有串口的信号处理单元、LED及其驱动电路。接收端包括多个方向增益不同的光电转换器、模数转换器组以及信号合并放大器，信号合并放大器的输出送入串口提取光基站的身份信息或坐标；模数转换器组的输出送入信号处理单元，提取光信号入射角度和接收机坐标。本发明不依赖大量高速AD，不要求信号处理单元具有高速运算能力，故成本低、易集成。引入信号合并放大器提升了身份信息提取的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种基于串口和光电二极管阵列的无线光定位系统，属于信息技术和自动化技术的交叉领域。

背景技术

无线光频谱资源宝贵：无线光通信系统具有带宽大、保密性强、兼具照明功能、无电磁干扰等诸多优势；基于入射角度的无线光定位系统能达到厘米级精度。

现有的无线光定位系统通常基于摄像头或光电传感器阵列。对于基于摄像头的无线光定位系统，由于摄像头采样速率低，光信道容量小，其实现难点在于不同LED基站的身份识别。此外，基于摄像头的光定位系统也面临着功耗难以降低的问题。对于基于光电转换器阵列的光定位系统，通常LED基站的身份信息被携带在高速光信号当中，而每一路光电转换器都需要配备一个昂贵的高速模数转换器(Analog-to-digital,AD)来对光信号采样，然后由信号处理单元根据采样值序列识别出LED基站的身份码。当光电转换器数量很多时，AD的总成本会很高；另外，信号处理核心必须具备实时接收、处理多路AD样本的能力，而这将进一步推高系统成本。再者，由于单路光电转换器的输出信号的信噪比很低，且每路AD都引入了量化噪声，因此基于AD采样值的身份码识别误判率较高。最后，大量的高速AD和强大的处理器也不利于功耗的降低和体积的压缩。

发明内容

发明目的：为了解决基于光电转换器阵列的无线光定位系统成本过高、不易集成、身份码难提取的问题，本发明提供一种低成本的、稳定的基于串口和光电转换器阵列的无线光定位系统，本系统能够利用处理器芯片广泛采用的串口作为接收LED身份码的关键接口，因此避免了使用高速的AD转换器。另外，采用模拟电路——“信号合并放大器”将多路低信噪比的光信号进行合并，生成高信噪比的信号后再送入串口进行LED基站的身份识别，从而提高身份识别的准确性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于串口和光电转换器阵列的无线光定位系统，包括发射端、接收端，所述发射端包括带有串口的信号处理单元、LED及其驱动电路。接收端包括多个方向增益不同的光电转换器、模数转换器组以及信号合并放大器，其中：

发射端利用串口信号调制光信号，将光基站的身份信息或坐标嵌入调制光信号中，得到的调制光信号通过LED及其驱动电路发射出去。

光电转换器接收LED及其驱动电路发射的调制光信号得到光电信号向量；所述光电信号向量由信号合并放大器和接收端信号处理单元上的模数转换器组接收；信号合并放大器将光电信号向量合并后送入接收端信号处理单元的串口接收端，串口接收端将接收到的信息传送给接收端信号处理单元；所述模数转换器组将光电信号向量采样后的采样信号送入接收端信号处理单元。

所述接收端信号处理单元根据串口接收端接收的光电信号识别出当前发送信息的光定位基站或其坐标；接收端信号处理单元根据模数转换器组发送的光电信号提取出光信号入射角度，通过光信号入射角度和其对应的光定位基站或其坐标得到接收机坐标。

经过信号合并器输出的信号具有高信噪比，且电压已被放大至串口的标准电压，因此能够直接被接收机的串口接收，接收端信号处理单元根据串口接收端接收的光电信号识别出当前发送信息的光定位基站或其坐标。