Устройство и способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства

Изобретение относится к технологии связи видимого света, в транспортной сети, а именно к устройству адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства. Техническим результатом является повышение надежности и стабильности приема оптических сигналов транспортными средствами. Результат достигается тем, что устройство включает в себя модуль фотоэлектрического преобразования и микрокомпьютерный процессор, соединенный с модулем фотоэлектрического преобразования. Модуль фотоэлектрического преобразования включает в себя фотодиодную матрицу для приема светового сигнала и многоканальную схему усиления. Выходной конец фотодиодной матрицы соединен с микрокомпьютерным процессором через многоканальную схему усиления. Фотодиодная матрица размещается на микроэлектромеханическом механизме, и микрокомпьютерный процессор управляет соединенным с ним микроэлектромеханическим механизмом. Настоящее изобретение также предлагает способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства. Способ использует фотодиодную матрицу для приема и преобразования светового сигнала и использует способ наблюдения возмущений для вычислений лучшего угла приема, таким образом реализуя слежение источника излучения светового сигнала. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет заявки на патент КНР №201410529162.4, озаглавленной "УСТРОЙСТВО И СПОСОБ АДАПТИВНОГО ПРИЕМА ДЛЯ СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА" и поданной в Государственное ведомство интеллектуальной собственности КНР 30 сентября 2014 года, которая включена в настоящий документ во всей своей полноте путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Настоящее раскрытие относится к технологии связи видимого света в сети Интернет для транспортных средств и, в частности, к устройству адаптивного приема и способу адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства.

Уровень техники

[0003] Беспроводная связь с использованием светодиодной осветительной лампы имеет многообещающее будущее благодаря своим характеристикам безопасности, экономичности и быстродействия. Хотя технология все еще находится на начальной стадии, она показала перспективное применение в будущем, что позволяет применять ее не только для беспроводного доступа внутри помещений, но также обеспечить новый способ мобильной навигации и позиционирования для городских транспортных средств. Светодиодные лампы используются в основном для всех ламп транспортного средства, которые образуют линии связи между транспортными средствами и центром управления дорожным движением, между светофорами и транспортными средствами, и между транспортными средствами. Это представляет собой направление развития связи с использованием светодиодного видимого света в интеллектуальной транспортной системе.

[0004] Например, в документе CN 202524390 раскрыты устройство связи с использованием светодиодных ламп и система освещения транспортного средства на его основе, которая включает в себя стационарное устройство связи с использованием светодиодных ламп и мобильное устройство связи с использованием светодиодных ламп. Неподвижное устройство связи с использованием светодиодных ламп включает в себя первый фотодатчик, первый блок обработки информации, первую схему возбуждения и светодиодный излучатель света, которые электрически соединены в указанной последовательности. Выход первого блока обработки информации дополнительно соединен с первым исполнительным механизмом и первым дисплеем. Мобильное устройство связи с использованием светодиодных ламп включает в себя второй фотодатчик, второй блок обработки информации, вторую схему возбуждения и светодиодную фару, которые электрически соединены в указанной последовательности. Данная технология позволяет достичь не только безостановочной оплаты, которая повышает пропускную способность полосы движения в 3-5 раз, но также осуществить быстрый сбор динамической информации о движении транспортных средств, и избежать слишком близкого сближения соседних транспортных средств с целью предотвращения серьезных дорожно-транспортных происшествий из-за столкновения сзади между транспортными средствами.

[0005] В качестве другого примера в документе CN 102610115 A раскрыта интеллектуальная система движения транспорта на основе связи с использованием светодиодного видимого света, которая относится к области интеллектуальной транспортной системы и включает в себя: светодиодный светофор, передатчик света и приемник света. Приемник света и передатчик света размещаются на транспортном средстве, и приемник света движущегося позади транспортного средства принимает сигнал, переданный передатчиком света транспортного средства, движущегося впереди. Сигналы, переданные светодиодным светофором, включают в себя состояние дорожного движения и состояние светофора. Сигналы, передаваемые передатчиком света, включают в себя расстояние между транспортными средствами, движущимися впереди и позади, и предупредительные сигналы. Сигналы, переданные светодиодным светофором и передатчиком света, принимаются приемником света. Используя данную технологию, можно сформировать интеллектуальную транспортную сеть с использованием видимого света для того, чтобы своевременно принимать информацию о дорожном движении, расстоянии между движущимися впереди и позади транспортными средствами, предупредительных сигналах и состоянии светофоров, передаваемых светодиодными светофорами, тем самым обеспечивая безопасность дорожного движения и уменьшая вероятность дорожно-транспортных происшествий.

[0006] Однако в вышеупомянутых двух системах, так как транспортные средства движутся, надежность и стабильность приема оптического сигнала транспортными средствами становится основной проблемой при применении связи с использованием светодиодного видимого света в интеллектуальной транспортной системе. Более того, когда транспортные средства движутся с высокими скоростями или поворачивают, взаимное расположение между транспортными средствами быстро изменяется, делая проблему более значимой. Большие помехи сигнала или слабые сигналы или пропадание сигналов могут с высокой вероятностью вызвать потерю связи и привести к дорожно-транспортным происшествиям.

Раскрытие изобретения

[0007] Задача настоящего раскрытия состоит в том, чтобы предложить устройство адаптивного приема и способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства, которые могут решить проблему низкой надежности и стабильности приема оптических сигналов транспортными средствами в традиционной технологии.

[0008] Техническое решение настоящего раскрытия описано следующим образом.

[0009] Устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства включает в себя: модуль фотоэлектрического преобразования и микропроцессор, соединенный с модулем фотоэлектрического преобразования. Модуль фотоэлектрического преобразования включает в себя многоканальную схему усиления и фотодиодную матрицу, которая выполнена с возможностью приема оптического сигнала. Фотодиодная матрица имеет выходные выводы, соединенные с микропроцессором через многоканальную схему усиления, и размещается на микроэлектромеханическом механизме. Микропроцессор имеет выходной вывод управления, соединенный с микроэлектромеханическим механизмом.

[0010] Если требуется, микропроцессор имеет выходной вывод, соединенный со схемой усреднения избыточности. Схема усреднения избыточности имеет выходной вывод, соединенный посредством обратной связи с микропроцессором.

[0011] Если требуется, выходной вывод схемы усреднения избыточности дополнительно соединен со схемой фильтра нижних частот, и схема фильтра нижних частот имеет выходной вывод, соединенный со схемой формирования.

[0012] Если требуется, микропроцессор включает в себя однокристальную интегральную схему (ИС). Микроэлектромеханический механизм включает в себя платформу перемещения. Однокристальная ИС имеет выходной порт ШИМ сигнала, соединенный с входным выводом микроэлектромеханического механизма.

[0013] Фотодиодная матрица включает в себя множество фотодиодов на основе GaN, расположенных на платформе перемещения. Многоканальная схема усиления представляет собой многоканальную схему усиления. Каждый из фотодиодов имеет анод, соединенный с источником рабочего напряжения, и катод, заземленный через резистор с одинаковым сопротивлением, при этом множество фотодиодов соединены во взаимно-однозначном соответствии с множеством выводов PAD однокристальной ИС через многоканальную схему усиления.

[0014] Схема усреднения избыточности включает в себя компаратор. Компаратор имеет заземленный отрицательный входной вывод, а также положительный входной вывод и выходной вывод, соединенные друг с другом через резистор. Каждый из выводов PA0-PA3 однокристальной ИС соединен с положительным входным выводом компараторов через резистор. Выходной вывод компаратора соединен с входным выводом схемы фильтра нижних частот и другим выводом PAD однокристальной ИС.

[0015] Способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства, применяемый в приемном устройстве согласно любому из приведенных выше вариантов осуществления. Способ приема включает в себя:

[0016] прием и выполнение фотоэлектрического преобразования, с помощью фотодиодной матрицы, оптических сигналов, переданных светодиодной лампой транспортного средства, где множество фотодиодов фотодиодной матрицы принимают и преобразуют оптические сигналы параллельным образом для вывода множества электрических сигналов, количество которых совпадает с количеством фотодиодов;

[0017] обработку, с помощью микропроцессора, множества электрических сигналов, выведенных с помощью фотодиодной матрицы, и вычисление подобия или коэффициента корреляции между обработанными сигналами;

удаление группы электрических сигналов с отклонениями и сохранение группы эффективных электрических сигналов среди обработанных сигналов;

вывод группы эффективных электрических сигналов для выполнения процедуры обработки и процедуры демодуляции;

[0018] приведение в движение, с помощью микроэлектромеханического механизма, диодной матрицы для выполнения движения перемещения в трехмерном пространстве в момент времени, причем величина движения перемещения равна величине возмущения на входе;

вычисление и сравнение, с помощью микропроцессора, используя способ наблюдения возмущений, подобия группы электрических сигналов, полученных из фотодиодной матрицы перед возмущением, и подобия группы электрических сигналов, полученных из фотодиодной матрицы после возмущения;

установку пространственного угла диодной матрицы, соответствующего группе электрических сигналов, имеющих более высокое подобие, в качестве оптимального угла приема;

временное хранение оптимального угла приема в микропроцессоре;

передачу, с помощью микропроцессора, информации оптимального угла приема в микроэлектромеханический механизм;

регулировку, с помощью микроэлектромеханического механизма, диодной матрицы на оптимальный угол приема; и

обновление оптимального угла приема каждый раз, когда вводится возмущение.

[0019] Если требуется, процедура обработки включает в себя:

получение сигнала с максимальным подобием путем выполнения процесса усреднения избыточности в отношении групп эффективных электрических сигналов;

подачу сигнала с максимальным подобием обратно в микропроцессор в качестве опорного электрического сигнала для вычисления подобия; и

выполнение процедуры демодуляции после низкочастотной фильтрации и формирования сигнала с максимальным подобием.

Если требуется, оптимальный пространственный угол приема получается с помощью микропроцессора путем выполнения этапов:

[0020] этап a: обозначение переменных координат оптимального угла приема как (X^opt, Y^opt, Z^opt);

[0021] этап b, содержащий:

обозначение координат угла приема перед k-м возмущением как (X₀, Y₀, Z₀);

выполнение вычисления подобия формы волны или вычисления корреляции в отношении группы форм волн электрических сигналов, полученных перед k-м возмущением, для получения группы эффективных электрических сигналов (V01..., V0n);

выполнение усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов (V01..., V0n) для получения сигнала V_k с максимальным подобием; и

получение значения подобия f_k-1 путем сравнения сигнала с максимальным подобием V_k с сигналом с максимальным подобием V_k-1 перед вводом (k-1)-го возмущения; где k - положительное целое число;

[0022] этап c, содержащий:

ввод k-го возмущения с величиной возмущения (ΔX₀, ΔY₀, ΔZ₀) для того, чтобы иметь результирующие координаты угла приема (X₀+ΔX₀, Y₀+ΔY₀, Z₀+ΔZ₀);

выполнение вычисления подобия формы волны или вычисления корреляции в отношении группы форм волн электрических сигналов, полученных после ввода k-го возмущения, для получения группы эффективных электрических сигналов (V11..., V1m);

выполнение усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов (V11..., V1m) для получения сигнала с максимальным подобием V_k+1; и

получение значения подобия f_k-1 путем сравнения сигнала с максимальным подобием V_k+1 с сигналом с максимальным подобием V_k, полученным перед вводом k-го возмущения; и

[0023] этап d, содержащий:

сравнение значений f_k-1 и f_k; и

установку (X^opt, Y^opt, Z^opt) как (X₀, Y₀, Z₀), если f_k-1> f_k, и установку (X^opt, Y^opt, Z^opt) как (X₀+ΔX₀, Y₀+ΔY₀, Z₀+ΔZ₀), если f_k-1≤f_k.

[0024] Если требуется, величина возмущения (ΔX₀, ΔY₀, ΔZ₀) устанавливается в трехмерном направлении синтеза, и исполнительный механизм перемещается на 0,01 мм, соответственно.

[0025] В настоящем раскрытии фотоэлектрическое преобразование выполняется с помощью GaN-диодной матрицы, которая увеличивает угол приема и подавляет помехи от внешнего света. Технология усреднения избыточности применяется для обработки множества сигналов, и GaN-диодная матрица встроена в микроэлектромеханическую структуру. Исходя из этого, микропроцессор вычисляет и управляет оптимальным пространственным углом приема {X^opt, Y^opt, Z^opt} с помощью способа наблюдения возмущений, таким образом повышая возможность отслеживания оптических сигналов. По сравнению с традиционным лавинным фотодиодом и кремниевым фотодиодом, которые имеют высокую стоимость и низкую спектральную чувствительность, светодиод на основе GaN согласно настоящему решению имеет преимущества, связанные с низкой стоимостью и узким спектральным диапазоном и т.д. Таким образом, настоящее решение имеет высокую чувствительность оптических сигналов, большой угол приема и высокую способность динамического слежения, что может решить проблему изменяющегося во времени взаимного расположения при передаче и приеме между транспортными средствами и, в частности, облегчить оптическую связь между транспортными средствами.

Краткое описание чертежей

[0026] Фиг.1 представляет собой структурную схему системы устройства адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства, согласно раскрытию;

[0027] Фиг.2 представляет собой принципиальную схему фотоэлектрического преобразователя по Фиг.1;

[0028] Фиг.3 представляет собой конкретную принципиальную схему схемы усреднения избыточности по Фиг.1;

[0029] Фиг.4 представляет собой конкретную принципиальную схему фильтра нижних частот по Фиг.1;

[0030] Фиг.5 представляет собой блок-схему алгоритма для вычисления оптимального угла приема с помощью микропроцессора согласно настоящему раскрытию.

Осуществление изобретения

[0031] Настоящее раскрытие будет теперь подробно описано со ссылкой на чертежи и варианты осуществления.

[0032] Устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства принимает оптические сигналы, переданные из других транспортных средств посредством светодиодных ламп транспортных средств (которые могут быть передними фарами или задними фарами). Как показано на Фиг.1, устройство включает в себя модуль фотоэлектрического преобразования, микропроцессор 4 и микроэлектромеханический механизм 3. Модуль фотоэлектрического преобразования включает в себя многоканальную схему 2 усиления и фотодиодную матрицу 1, которая выполнена с возможностью приема оптических сигналов. Выходные выводы фотодиодной матрицы 1 соединены с микропроцессором 4 через многоканальную схему 2 усиления. Фотодиодная матрица 1 размещается на микроэлектромеханическом механизме 3. Выходной вывод управления микропроцессора 4 соединен с микроэлектромеханическим механизмом 3.

[0033] В варианте осуществления согласно настоящему раскрытию фотодиодная матрица 1 представляет собой устройство, выполненное с возможностью приема и преобразования оптического сигнала, которое может принимать форму матрицы, включающей в себя множество диодов. Фотодиодная матрица 1 способна принимать оптические сигналы в большом диапазоне углов и выводить множество электрических сигналов, количество которых совпадает с количеством диодов.

[0034] Многоканальная схема 2 усиления выполнена с возможностью усиления множества электрических сигналов, выводимых фотодиодной матрицей, до соответствующих стандартных сигналов, и ввода множества стандартных сигналов в микропроцессор 4.

[0035] Так как положения фотодиодов относительно источника передачи оптического сигнала являются различными, интенсивности множества стандартных сигналов являются также различными.

[0036] Микропроцессор 4 выполнен с возможностью идентификации и выбора множества стандартных сигналов и управления перемещением микроэлектромеханического механизма 3 на основании интенсивности принятых сигналов для регулировки угла приема фотодиодной матрицы 1 для того, чтобы продолжить отслеживание и прием в реальном времени с целью получения лучшего сигнала.

[0037] Следует отметить, что микроэлектромеханический механизм 3 может перемещаться в ответ на сигнал управления из микропроцессора 4 с целью регулировки угла приема света фотодиодной матрицы, размещенной на микроэлектромеханическом механизме 3.

[0038] Кроме того, для того чтобы произвести регулировку на основании сигналов более точно, устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства может дополнительно включать в себя схему 5 усреднения избыточности, соединенную с выходным выводом микропроцессора 4.

[0039] Схема 5 усреднения избыточности выполнена с возможностью обработки множества сигналов в виде одного сигнала с небольшим отклонением и высоким подобием. Схема 5 усреднения избыточности имеет выходной вывод, соединенный посредством обратной связи с микропроцессором 4.

[0040] Кроме того, чтобы дополнительно понизить уровень шума и придать надлежащий вид сигналу, устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства может дополнительно включать в себя схему 6 фильтра нижних частот и схему 7 формирования.

[0041] Схема 6 фильтра нижних частот соединена с выходным выводом схемы 5 усреднения избыточности.

[0042] Схема 7 формирования соединена с выходным выводом схемы 6 фильтра нижних частот.

[0043] Сигнал можно дополнительно обработать с помощью схемы 6 фильтра нижних частот и схемы 7 формирования, что облегчает демодуляцию сигнала.

[0044] В качестве примера, однокристальную ИС с производительностью обработки не менее чем у однокристальной ИС MC9S12XS128 можно использовать в качестве микропроцессора 4 устройства. Выбирая в качестве примера MC9S12XS128, микроэлектромеханический механизм 3 на выходном выводе управления может быть системой MEMS NM-XY-100X. Три выходных порта ШИМ сигнала однокристальной ИС соединены с входным выводом микроэлектромеханического механизма 3.

[0045] Фотодиодная матрица 1 может включать в себя множество фотодиодов на основе GaN. Например, во время работы, выбирают шесть фотодиодов D1-D6, распределенных равномерно, как показано на Фиг.2. Анод каждого из фотодиодов соединен с источником Vcc рабочего напряжения. Катоды шести фотодиодов D1-D6 заземлены соответствующим образом через резисторы R1-R6 с одинаковым сопротивлением и соединены во взаимно-однозначном соответствии с шестью выводами PAD однокристальной ИС через шестиканальную схему усиления. Значения напряжений на катодах D1-D6 соответствуют принятым оптическим сигналам. То есть значения напряжений представляют собой электрические сигналы, полученные после фотоэлектрического преобразования.

[0046] В качестве примера схема 5 усреднения избыточности является дополнительной схемой усреднения, как показано на Фиг.3, которая может включать в себя, например, компаратор LM324C. Отрицательный входной вывод компаратора заземлен, и положительный входной вывод и выходной вывод компаратора подключены через резистор Rf. Четыре из шести сигналов сохраняются после фильтрации сигналов с отклонениями с помощью однокристальной ИС. Выводы PA0-PA3 однокристальной ИС соединены с положительным входным выводом компаратора через резисторы R, Rа, Rb и Rc, соответственно. Выходной вывод V0 компаратора соединен с входным выводом схемы 6 фильтра нижних частот и другим выводом PAD однокристальной ИС.

[0047] Схему 6 фильтра нижних частот и схему 7 формирования можно воплотить с помощью традиционной технологии, такой как схема фильтра нижних частот второго порядка, как показано на Фиг.4.

[0048] В варианте осуществления настоящего раскрытия способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства выполнен на основании устройства адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства, согласно приведенному выше варианту осуществления.

[0049] Способ приема включает в себя следующее этапы.

[0050] Фотодиодная матрица 1 принимает оптические сигналы, переданные светодиодной лампой транспортного средства, и выполняет фотоэлектрическое преобразование оптических сигналов. Фотодиодная матрица, размещается на микроэлектромеханическом механизме 3, то есть на исполнительном механизме микроэлектромеханической системы. Фотодиодная матрица 1 включает в себя множество фотодиодов для приема и преобразования оптических сигналов параллельным образом для вывода электрических сигналов, количество которых совпадает с количеством фотодиодов.

[0051] Микропроцессор 4 обрабатывает множество электрических сигналов, выведенных с помощью фотодиодной матрицы 1, и вычисляет подобие или коэффициент корреляции обработанных сигналов. Группа электрических сигналов с отклонениями удаляется, и группа эффективных электрических сигналов сохраняется. Например, шесть сигналов выводятся с помощью фотодиодной матрицы 1, четыре электрических сигнала могут сохраняться, и сохраненные после удаления два электрических сигнала и четыре электрических сигнала обрабатываются с помощью процедуры обработки и процедуры демодуляции в реальном времени. Исполнительный механизм микроэлектромеханической системы приводит в движение фотодиодную матрицу 1 для выполнения движения перемещения в трехмерном пространстве в момент времени под управлением микропроцессора 4. Величина движения перемещения представляет собой величину возмущения на входе. Микропроцессор вычисляет, с помощью способа наблюдения возмущений, подобие группы электрических сигналов, полученных из фотодиодной матрицы перед возмущением, и подобие группы электрических сигналов, полученных из фотодиодной матрицы после возмущения, и затем сравнивает подобия групп электрических сигналов перед и после возмущения для определения группы электрических сигналов, имеющих более высокое подобие. Пространственный угол, соответствующий группе электрических сигналов, имеющих более высокое подобие, устанавливается в качестве оптимального угла приема, который затем временно хранится в микропроцессоре 4. Микропроцессор передает информацию об оптимальном угле приема в микроэлектромеханическую систему. Исполнительный механизм микроэлектромеханической системы регулирует диодную матрицу на оптимальный угол приема. Оптимальный угол приема обновляется каждый раз при вводе возмущения. Вычисление выполняется путем исполнения кодов программы микропроцессором 4. Блок-схема алгоритма программы показана на фиг.5.

[0052] Процедура обработки включает в себя этап получения сигнала с максимальным подобием путем выполнения усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов. Оптимальный сигнал получается в результате низкочастотной фильтрации и формирования сигнала с максимальным подобием, и затем обработки с помощью процедуры демодуляции. Так как объем вычислений значений подобия между множеством групп электрических сигналов является относительно большим, сигнал с максимальным подобием выбирается для представления группы электрических сигналов для вычисления и сравнения значений подобия для того, чтобы упростить вычисление и улучшить выполняемость. Поэтому сигнал с максимальным подобием подается обратно в микропроцессор 4 в виде опорного электрического сигнала для вычисления подобия.

[0053] Этап вычисления оптимального угла приема дополнительно описан следующим образом, включая этапы a - d.

[0054] На этапе a, переменные координаты оптимального угла приема обозначаются как (X^opt, Y^opt, Z^opt).

[0055] На этапе b, координаты угла приема перед k-м возмущением (где k - положительное целое число) обозначаются как (X₀, Y₀, Z₀). Группа эффективных электрических сигналов (V01..., V0n) получается путем выполнения вычисления подобия формы волны или вычисления корреляции в отношении группы форм волн электрических сигналов, полученных перед k-м возмущением. Сигнал с максимальным подобием V_k получается путем выполнения усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов (V01..., V0n), и значение подобия f_k-1 получается путем сравнения сигнала с максимальным подобием V_k с сигналом с максимальным подобием V_k-1, полученным перед вводом (k-1)-го возмущения.

[0056] На этапе c вводится k-ое возмущение со значением возмущения (ΔX₀, ΔY₀, ΔZ₀), чтобы иметь результирующие координаты угла приема (X₀+ΔX₀, Y₀+ΔY₀, Z₀+ΔZ₀). Группа эффективных электрических сигналов (V11..., V1n) получается путем выполнения вычисления подобия волны или вычисления корреляции в отношении группы форм волн электрических сигналов, полученных после ввода k-го возмущения. Сигнал с максимальным подобием V_k+1 получается путем выполнения усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов (V11..., V1m), и значение подобия f_k получается путем сравнения сигнала с максимальным подобием V_k+1 с сигналом с максимальным подобием V_k, полученным перед вводом k-го возмущения.

[0057] На этапе d сравниваются значения f_k-1 и f_k.

[0058] (X^opt, Y^opt, Z^opt) устанавливается как (X₀, Y₀, Z₀), если f_k-1> fk, и (X^opt, Y^opt, Z^opt) устанавливается как (X₀+ΔX₀, Y₀+ΔY₀, Z₀+ΔZ₀), если f_k-1≤f_k.

[0059] Переменные координаты (X^opt, Y^opt, Z^opt) оптимального угла приема определяются на основании предыдущего возмущения в процессе постоянного вычисления оптимального угла приема. В начале нахождения оптимального угла приема, так как перед этим возмущение отсутствует, первоначальным углом можно назначить текущий угол диодной матрицы, который постоянно корректируется при следующем множестве возмущений.

[0060] Подобие вычисляется на основании технологии обработки сигналов следующим образом.

[0061] Матрица подобия в момент времени K вычисляется как:

[0062]

где ⊗ представляет оператор свертки, группа сигнала V^K-1 (V1, …, Vi, …, Vj, … Vn) перед моментом времени K рассматривается как опорная волна группы сигналов в текущий момент времени K.

[0063] Подобие определяется как:

[0064]

[0065] где step(⋅) представляет единичную ступенчатую функцию, и S_th представляет определенное пороговое значение.

[0066] В вышеупомянутом вычислении S_th обычно имеет значение, равное 0,8, и количество сигнальных каналов диодной матрицы, как правило, имеет на практике значение от 6 до 10. Хотя процесс вычисления является относительно сложным, существуют коды для свертки и функции вычисления подобия в уровне техники, которые можно вызвать непосредственно в программе.

[0067] На практике, если возмущение прикладывается только в одном направлении, количество регулировок и вычислений, требуемых для регулировки на оптимальный угол приема, будет значительно увеличиваться, что приведет к низкой скорости нахождения оптимального угла приема. Кроме того, так как транспортные средства движутся, непрерывную регулировку должен производить не только исполнительный механизм, без нахождения в относительно устойчивом состоянии, которое влияет на прием сигнала, но также требуется, чтобы микропроцессор имел высокую скорость вычисления, и чтобы микроэлектромеханическая система имела высокую скорость ответа. Поэтому более практичным является применение возмущения (ΔX₀, ΔY₀, ΔZ₀) в трехмерном направлении синтеза и перемещение исполнительного механизма на 0,01 мм, соответственно. Таким образом, может быть достигнуто адаптивное слежение.

1. Устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства, содержащее:

модуль фотоэлектрического преобразования и микропроцессор, соединенный с модулем фотоэлектрического преобразования, причем

модуль фотоэлектрического преобразования содержит: многоканальную схему усиления и фотодиодную матрицу, которая выполнена с возможностью приема оптического сигнала; и

фотодиодная матрица имеет выходные выводы, соединенные с микропроцессором через многоканальную схему усиления, и размещается на микроэлектромеханическом механизме, и микропроцессор имеет выходной вывод управления, соединенный с микроэлектромеханическим механизмом.

2. Устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства по п.1, в котором микропроцессор имеет выходной вывод, соединенный со схемой усреднения избыточности, и схема усреднения избыточности имеет выходной вывод, соединенный посредством обратной связи с микропроцессором.

3. Устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства по п.2, в котором выходной вывод схемы усреднения избыточности дополнительно соединен со схемой фильтра нижних частот и схема фильтра нижних частот имеет выходной вывод, соединенный со схемой формирования.

4. Устройство адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства по п.3, в котором:

микропроцессор содержит однокристальную интегральную схему (ИС), микроэлектромеханический механизм содержит платформу перемещения, однокристальная ИС имеет выходной порт ШИМ сигнала, соединенный с входным выводом микроэлектромеханического механизма;

фотодиодная матрица содержит множество фотодиодов на основе GaN, расположенных на платформе перемещения, многоканальная схема усиления представляет собой многоканальную схему усиления, каждый из фотодиодов имеет анод, соединенный с источником рабочего напряжения, и имеет катод, заземленный через резистор с одинаковым сопротивлением, множество фотодиодов соединены во взаимно-однозначном соответствии с множеством выводов PAD однокристальной ИС через многоканальную схему усиления; и

схема усреднения избыточности содержит компаратор, компаратор имеет отрицательный заземленный входной вывод и имеет положительный входной вывод и выходной вывод, соединенные друг с другом через резистор, каждый из выводов PA0-PA3 однокристальной ИС соединен с положительным входным выводом компараторов через резистор, выходной вывод компаратора соединен с входным выводом схемы фильтра нижних частот и другим выводом PAD однокристальной ИС.

5. Способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства, применяемый в приемном устройстве по любому из пп.1-4 и содержащий:

прием и выполнение фотоэлектрического преобразования, с помощью фотодиодной матрицы, оптических сигналов, переданных светодиодной лампой транспортного средства, причем множество фотодиодов фотодиодной матрицы принимают и преобразуют оптические сигналы параллельным образом для вывода множества электрических сигналов, количество которых совпадает с количеством фотодиодов;

обработку, с помощью микропроцессора, множества электрических сигналов, выведенных с помощью фотодиодной матрицы, и вычисление подобия или коэффициента корреляции между обработанными сигналами;

удаление группы электрических сигналов с отклонениями и сохранение группы эффективных электрических сигналов среди обработанных сигналов;

вывод группы эффективных электрических сигналов для выполнения процедуры обработки и процедуры демодуляции;

приведение в движение, с помощью микроэлектромеханического механизма, диодной матрицы для выполнения движения перемещения в трехмерном пространстве в момент времени, причем величина движения перемещения равна величине возмущения на входе;

вычисление и сравнение, с помощью микропроцессора, используя способ наблюдения возмущений, подобия группы электрических сигналов, полученных из фотодиодной матрицы перед возмущением, и подобия группы электрических сигналов, полученных из фотодиодной матрицы после возмущения;

установку пространственного угла диодной матрицы, соответствующего группе электрических сигналов, имеющих более высокое подобие, в качестве оптимального угла приема;

временное хранение оптимального угла приема в микропроцессоре;

передачу, с помощью микропроцессора, информации оптимального угла приема в микроэлектромеханический механизм;

регулировку, с помощью микроэлектромеханического механизма, диодной матрицы на оптимальный угол приема; и

обновление оптимального угла приема каждый раз, когда вводится возмущение.

6. Способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства по п.5, в котором процедура обработки содержит:

получение сигнала с максимальным подобием путем выполнения процесса усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов;

подачу сигнала с максимальным подобием обратно в микропроцессор в качестве опорного электрического сигнала для вычисления подобия; и

выполнение процедуры демодуляции после низкочастотной фильтрации и формирования сигнала с максимальным подобием.

7. Способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства по п.5, в котором оптимальный пространственный угол приема получается с помощью микропроцессора путем выполнения этапов:

этап a: обозначение переменных координат оптимального угла приема в виде (X^opt, Y^opt, Z^opt);

этап b, содержащий:

обозначение координат угла приема перед k-м возмущением как (X₀, Y₀, Z₀);

выполнение вычисления подобия формы волны или вычисления корреляции в отношении группы форм волн электрических сигналов, полученных перед k-м возмущением для получения группы эффективных электрических сигналов (V01..., V0n);

выполнение усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов (V01..., V0n) для получения сигнала V_k с максимальным подобием; и

получение значения подобия f_k-1 путем сравнения сигнала с максимальным подобием V_k с сигналом с максимальным подобием V_k-1, полученным перед вводом (k-1)-го возмущения, где k - положительное целое число;

этап c, содержащий:

ввод k-го возмущения с величиной возмущения (ΔX₀, ΔY₀, ΔZ₀) для того, чтобы иметь результирующие координаты угла приема (X₀+ΔX₀, Y₀+ΔY₀, Z₀+ΔZ₀);

выполнение вычисления подобия формы волны или вычисления корреляции в отношении группы форм волн электрических сигналов, полученных после ввода k-го возмущения для получения группы эффективных электрических сигналов (V11..., V1m);

выполнение усреднения избыточности в отношении группы эффективных электрических сигналов (V11..., V1m) для получения сигнала с максимальным подобием V_k+1; и

получение значения подобия f_k путем сравнения сигнала с максимальным подобием V_k+1 с сигналом с максимальным подобием V_k, полученным перед вводом k-го возмущения; и

этап d, содержащий:

сравнение значений f_k-1 и f_k; и

установку (X^opt, Y^opt, Z^opt) как (X₀, Y₀, Z₀), если f_k-1> f_k, и установку (X^opt, Y^opt, Z^opt) как (X₀+ΔX₀, Y₀+ΔY₀, Z₀+ΔZ₀), если f_k-1≤f_k.

8. Способ адаптивного приема для связи с использованием светодиодных ламп транспортного средства по п.7, в котором величина возмущения (ΔX₀, ΔY₀, ΔZ₀) устанавливается в трехмерном направлении синтеза и исполнительный механизм перемещается на 0,01 мм соответственно.