一种移动测距方法、设备及系统技术方案

本发明专利技术提供一种移动测距系统及装置，由服务端设备和至少一台移动终端构成。服务端设备包括管理设备、无线通信装置和测距信号发射源，管理设备通过无线通信装置与移动终端建立无线通信连接，完成工作参数下发和时间同步，接收上报的测量结果，计算并记录该移动终端的位置坐标；测距信号发射源由管理设备控制，在每次约定测量的时刻发送空气介质机械波测距信号。移动终端包括主控单元、无线通信单元和测距信号接收单元，在约定时刻检测测距信号的传输时间并上报结果。通过实施本发明专利技术方案可实现多台移动终端的同时测距。本发明专利技术还可方便地扩展成定位系统，通过部署多台测距信号源并引入他们的几何位置关系即可实现对移动终端的二维或三维定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动测距和定位的方法、设备及系统，尤其涉及综合利用空气介质机械波测距技术和无线通信技术提供测距定位服务的方法和系统及相关设备。
技术介绍
在人类的日常生活和生产活动中，很多时候需要随时知道移动终端的准确位置，以便实现位置导航、基于用户位置的商业信息服务、外勤人员位置管理、重要资产位置跟踪管理等应用。对于在广域范围应用的移动定位需求，目前市场上已经有比较完善的解决方案，例如车辆导航服务，基于用户位置的签到、搜索或商业信息推送服务等等。服务的基础首先是要对用户终端进行定位，目前的定位手段主要是依靠导航设备或用户智能手机内置的GPS，有些时候也结合移动网络定位和WiFi热点定位技术。对这几种定位方法的优缺点简单对比如下：GPS定位，只要用户手机内置GPS功能，在室外良好无线环境下准确度高且用户无需为定位本身支付任何费用；目前一个主要问题是密集城区高楼环境常常无法定位，室内无法定位；移动运营商的移动网络定位，室内、室外环境都可使用，缺点是定位精度较差，往往不能满足基于位置服务(LBS)的要求，且需额外支付定位服务费用；地图服务商提供的WiFi热点定位，室内、室外环境都可使用，终端用户免费，同样面临定位精度较差的问题，往往不能满足LBS服务的要求。此外，近年还出现一些利用短距离无线技术和三角测量技术实现的定位方案RTLS，如WiFi定位系统、信标定位系统等。他们的工作机理是部署多台定位基站或定位信标，然后待定位的终端通过测量临近定位基站的信号强度并通过诸如三角定位算法模型计算出位置坐标，或者通过检测定位信标的ID确定位置。这些技术方案可以实现较高的定位精度，但是需要在定位现场部署大量设备，在很多应用场合会遇到施工代价过高而无法实施的问题。例如，隧道施工人员的实时定位需求、大型会展中心的观众和参展商会务人员的实时定位、大型公告场所移动互联网用户的实时位置管理等等。另一方面，利用声波或超声波测量距离的技术已经广泛用于建筑测绘、工业生产和机器人等领域。其主要原理是通过测试仪上的发射器发射声波或超声波测试波束，波束到达待测物体后反射，测试以上的接收器测量反射波束，通过测试波束往返的时间差计算测试仪和待测物体之间的距离。但是这一技术却无法直接应用与上述需要对移动目标实时定位的场合。中国专利申请201410309199.6提出了一种音频声波定位系统，由声波编码发射模块、物流网平台和移动终端构成。工作原理是声波编码发射模块部署在定位现场，其发射的声波编码和预定位置在物流网平台绑定，移动终端接收并解码声波编码信号，上报给物流网平台，后者可根据移动终端上报的声波编码确定其位置。该专利技术从工作原理上看采用的是一种信标定位技术，只不过定位信标发送的是音频声波而不是常用的蓝牙、WiFi等无线信号。因此在实际应用时会遇到上述同样的实施困难。本专利技术针对市场需求，综合利用无线通信技术和空气介质机械波测距技术，提出一种移动测距方法和系统，并可方便地扩展为定位方法和系统。本专利技术部署简单，适用于在需要快速部署针对移动终端进行实时测距和定位的应用场合，尤其是那些施工条件有限，联网通信条件有限或根本不具备条件的应用场合。
技术实现思路
本专利技术提出一种移动测距方法，包括以下步骤：移动终端通过无线通信连接服务端设备，完成与服务端设备的时间同步并获取测距时间点；在测距时间点，移动终端检测来自服务端设备的测距信号传输时间；根据上述传输时间，由声学原理计算得出移动终端与服务端测距信号发射源的距离。上述无线通信连接基于TCP/IP或UDP/IP；移动终端通过无线通信连接从服务端设备获取工作参数并从中得到测距时间点；所述移动终端作为时钟同步的客户端，通过网络时间协议(NTP)或者简单网络时间协议(SNTP)或者自定义协议完成与服务端设备的时间同步；所述测距信号是单个频率或几个频率组合的空气介质机械波，包括音频或超声波或次声波信号，其传输时间是指该信号从发射源到达移动终端所经过的时间。上述移动终端从服务端获取的工作参数包括服务端设备发送测距信号的启始时间和此后的测距时间周期、测距信号的频率或频率组合、每次测距信号的持续时间，其中测距的启始时间和此后的测距时间周期确定了开始测距后每个测距时间点。上述移动终端检测测距信号传输时间包括以下步骤：在测距时间点开始录制空气介质机械波输入信号，形成输出码流供信号分析使用，所用的采样率fs≥2fm，fm为测距信号频率或频率组合中的最高频率值；同步分析输出码流的频谱，直到频谱中首次出现目标信号；根据检出目标信号时的码流位置距离编码起始位置的时间确定测距信号传输时间。上述空气介质机械波输入信号的录制是指移动终端利用检波元件拾取输入的空气介质机械波信号，然后由后续的处理电路完成信号的采样、编码，形成数字化的信号码流输出，其中检波元件是指可以对所述测距信号完成声电转换的器件及其配套电路，包括麦克风、次声波传感器、超声波探头；输出码流的频谱通过傅立叶变换得到；目标信号是指包含了测距信号相同频率或频率组合的信号。本专利技术同时提出一种移动测距终端，包括主控单元、无线通信单元和空气介质机械波接收单元，其中无线通信单元负责与服务端设备建立通信连接；主控单元通过该通信连接完成与服务端设备的时间同步并获取测距时间点，在测距时间点控制空气介质机械波接收单元检测来自服务端设备的测距信号传输时间，并由声学原理计算得出所述终端与服务端测距信号发射源的距离。上述无线通信连接基于TCP/IP或UDP/IP；所述终端通过无线通信连接从服务端设备获取工作参数并从中得到测距时间点；所述终端作为时钟同步的客户端，通过网络时间协议(NTP)或者简单网络时间协议(SNTP)或者自定义协议完成与服务端设备的时间同步；所述测距信号是单个频率或几个频率组合的空气介质机械波，包括音频或超声波或次声波信号，其传输时间是指该信号从发射源到达移动终端所经过的时间。上述终端从服务端获取的工作参数包括服务端设备发送测距信号的启始时间和此后的测距时间周期、测距信号的频率或频率组合、每次测距信号的持续时间，其中测距的启始时间和此后的测距时间周期确定了开始测距后每个测距时间点。上述终端检测测距信号传输时间包括以下步骤：在测距时间点开始录制空气介质机械波输入信号，形成输出码流供信号分析使用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动测距方法，其特指在于，所述方法包括以下步骤：1)移动终端通过无线通信连接服务端设备，完成与服务端设备的时间同步并获取测距时间点；2)在测距时间点，移动终端检测来自服务端设备的测距信号传输时间；3)根据上述传输时间，由声学原理计算得出移动终端与服务端测距信号发射源的距离。

【技术特征摘要】
1.一种移动测距方法，其特指在于，所述方法包括以下步骤：
1)移动终端通过无线通信连接服务端设备，完成与服务端设备的
时间同步并获取测距时间点；
2)在测距时间点，移动终端检测来自服务端设备的测距信号传输
时间；
3)根据上述传输时间，由声学原理计算得出移动终端与服务端测
距信号发射源的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线通信连接基于
TCP/IP或UDP/IP；移动终端通过无线通信连接从服务端设备获取工作参
数并从中得到测距时间点；所述移动终端作为时钟同步的客户端，通过
网络时间协议(NTP)或者简单网络时间协议(SNTP)或者自定义协议完
成与服务端设备的时间同步；所述测距信号是单个频率或几个频率组合
的空气介质机械波，包括音频或超声波或次声波信号，其传输时间是指
该信号从发射源到达移动终端所经过的时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动终端从服务端获
取的工作参数包括服务端设备发送测距信号的启始时间和此后的测距时
间周期、测距信号的频率或频率组合、每次测距信号的持续时间，其中
测距的启始时间和此后的测距时间周期确定了开始测距后每个测距时间
点。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述移动终端检
测测距信号传输时间包括以下步骤：
1)在测距时间点开始录制空气介质机械波输入信号，形成输出码
流供信号分析使用，所用的采样率fs≥2fm，fm为测距信号频率
或频率组合中的最高频率值；
2)同步分析输出码流的频谱，直到频谱中首次出现目标信号；
3)根据检出目标信号时的码流位置距离编码起始位置的时间确定
测距信号传输时间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述空气介质机

\t械波输入信号的录制是指移动终端利用检波元件拾取输入的空气介质机
械波信号，然后由后续的处理电路完成信号的采样、编码，形成数字化
的信号码流输出，其中检波元件是指可以对所述测距信号完成声电转换
的器件及其配套电路，包括麦克风、次声波传感器、超声波探头；输出
码流的频谱通过傅立叶变换得到；目标信号是指包含了测距信号相同频
率或频率组合的信号。
6.一种移动测距终端，其特指在于，所述终端包括主控单元、无线通信
单元和空气介质机械波接收单元，其中无线通信单元负责与服务端设备
建立通信连接；主控单元通过该通信连接完成与服务端设备的时间同步
并获取测距时间点，在测距时间点控制空气介质机械波接收单元检测来
自服务端设备的测距信号传输时间，并由声学原理计算得出所述终端与
服务端测距信号发射源的距离。
7.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述无线通信连接基于
TCP/IP或UDP/IP；所述终端通过无线通信连接从服务端设备获取工作参
数并从中得到测距时间点；所述终端作为时钟同步的客户端，通过网络
时间协议(NTP)或者简单网络时间协议(SNTP)或者自定义协议完成与
服务端设备的时间同步；所述测距信号是单个频率或几个频率组合的空
气介质机械波，包括音频或超声波或次声波信号，其传输时间是指该信
号从发射源到达移动终端所经过的时间。
8.根据权利要求7所述的终端，其特征在于，所述终端从服务端获取的
工作参数包括服务端设备发送测距信号的启始时间和此后的测距时间周
期、测距信号的频率或频率组合、每次测距信号的持续时间，其中测距
的启始时间和此后的测距时间周期确定了开始测距后每个测距时间点。
9.根据权利要求6-8任一项所述的终端，其特征在于，所述终端检测测
距信号传输时间包括以下步骤：
1)在测距时间点开始录制空气介质机械波输入信号，形成输出码
流供信号分析使用，所用的采样率fs≥2fm，fm为测距信号频率
或频率组合中的最高频率值；
2)同步分析输出码流的频谱，直到频谱中首次出现目标信号；
3)根据检出目标信号时的码流位置距离编码起始位置的时间确定
测距信号传输时间。
10.根据权利要求6-9任一项所述的终端，其特征在于，所述空气介质机
械波输入信号的录制是指所述终端利用检波元件拾取输入的空气介质机
械波信号，然后由后续的处理电路完成信号的采样、编码，形成数字化
的信号码流输出，其中检波元件是指可以对所述测距信号完成声电转换
的器件及其配套电路，包括麦克风、次声波传感器、超声波探头...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡乐乐，唐崴，
申请(专利权)人：胡乐乐，唐崴，
类型：发明
国别省市：上海;31