基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统及方法，系统包括超声波信号源、声音功率放大器、多个高音喇叭及待定位设备上的麦克风，超声波信号源为多信号源，多个高音喇叭分别安装在室内不同位置，喇叭口朝向待定位设备所在的区域，每个高音喇叭接收的超声波信号不同，麦克风用于接收超声波信号并录音。超声波信号源产生不同的超声波信号，经放大后通过高音喇叭播放，利用待定位设备的麦克风采集接收信号后估算出待定位设备距离每一个高音喇叭的距离差，从而实现设备的室内定位。本发明专利技术无需额外的信号接收设备，实现低成本高精度的室内定位；大大降低进行到达时间差估计的硬件处理精度；可以适应复杂的室内环境，定位速度快。

Indoor positioning system and method based on critical acoustic domain ultrasonic arrival time difference

The invention discloses an indoor positioning system and method of critical listening domain based on TDOA ultrasonic system, including ultrasonic signal source, sound power amplifier and a plurality of loudspeakers and positioning equipment on the microphone, ultrasonic signal source for multi signal source, a high tone loudspeaker are respectively arranged at different positions in the room, bell toward to regional positioning devices where the ultrasonic signal, the tweeter receiving each microphone for receiving the ultrasonic signal, and recording. The ultrasonic source generates different ultrasonic signals. After amplifying, it is played through the tweeter. After receiving the received signals, the distance between the waiting devices and each tweeter is estimated, and the indoor location is achieved. The invention does not need additional signal receiving devices to achieve indoor location with low cost and high accuracy, greatly reduces the hardware processing accuracy of the time difference of arrival estimation, and can adapt to complex indoor environment, and has fast location speed.

【技术实现步骤摘要】
基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统及方法
本专利技术设计室内定位领域，尤其涉及一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统及方法。
技术介绍
随着无线网络和智能移动终端的普及，无线定位技术的研究和应用逐渐深入到各个领域。随着数据业务和多媒体业务数据的增长，人们对于定位和导航的需求日益增长，尤其是在复杂的室内环境，常常需要确定移动终端或其持有者、设备与物品在室内的位置信息。但是，受到定位精度以及复杂室内环境等条件限制，比较完善的定位技术目前还无法很好的利用，导致室内定位的技术标准多种多样。室内定位技术主要有基于WiFi信号、超宽带信号、蓝牙信标信号等电磁波信号进行基于信号强度、信号角度或信号到达时间差的定位。然而，单纯通过射频信号的信号强度进行室内定位的技术其定位精度较低。而通过超宽带等射频信号进行室内定位的技术需要额外的信号接收设备。在物理上，超声波的传播速度远低于电磁波的传播速度，可以大大降低进行到达时间差估计的硬件处理精度。现有的技术中有利用超声波和电磁波传播速度差所造成的信号达到时间差进行距离的估计，从而实现室内的定位。然而，该技术也需要硬件高度的计时同步，从而估计出两个不同物理信号的到达时间差，在实现上具有一定的局限性。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术存在的问题，实现低成本高精度的室内定位，本专利技术提供一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统。本专利技术的另一目的是提供一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位方法。技术方案：一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，待定位设备位于室内空间，包括超声波信号源、声音功率放大器及多个高音喇叭，所述超声波信号源为多信号源，超声波信号源用于产生多个不同的超声波信号，产生的超声波信号经过声音功率放大器放大后同步传输至多个高音喇叭，多个高音喇叭分别安装在室内不同位置，高音喇叭的喇叭口朝向待定位设备所在的区域，每个高音喇叭接收的超声波信号不同，待定位设备上装有麦克风，所述麦克风用于接收高音喇叭播出的超声波信号并录音。进一步的，高音喇叭与地面和墙壁超过50厘米距离，可以减少地面或墙壁多径反射对定位信号的影响。进一步的，所述超声波信号源产生的超声波信号的频率范围在20-24KHz之间，高于人耳听觉范围。进一步的，所述声音功率放大器为一个或多个，声音功率放大器包括多个声道，可以对多路声道的声音分别进行放大，声音功率放大器每一个声道的输出分别连接至每个高音喇叭。进一步的，超声波信号源有多个，不同的超声波信号源将超声波信号通过网络同步传输至各自连接的声音功率放大器。进一步的，所述超声波信号源产生的超声波信号的频率范围为20-24KHz，高音喇叭在20-24KHz频率范围内的整个频段或部分频段具有良好的频响特性，可以将20-24KHz整个频段或部分频段的声音播出。一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位方法，包括以下步骤：步骤一：超声波信号源产生通过不同定位序列对基带信号编码调制的超声波信号，将不同的超声波信号输入声音功率放大器；步骤二：对安装在室内不同位置的多个高音喇叭进行编号，不同的超声波信号通过声音功率放大器进行放大后被同步送入多个高音喇叭中，一个超声波信号对应一个高音喇叭并通过高音喇叭播出，记录每个高音喇叭以及与该高音喇叭相对应的定位序列；步骤三：待定位设备上的麦克风接收多个高音喇叭播出的超声波信号，将接收到的超声波信号进行变频解调得到基带信号，将基带信号和步骤二记录的各高音喇叭对应的定位序列进行相关运算，得到每一个定位序列相关后的峰值，通过峰值的相对位置差及麦克风的采样率得到不同高音喇叭发射的超声波信号到达待定位设备的时间差，并通过所述时间差计算出待定位设备与不同高音喇叭之间的距离差；步骤四：通过步骤三得到的距离差以及不同高音喇叭位置信息，利用CHAN算法估计出待定位设备所在的位置。进一步的，步骤一中的不同的定位序列采用与基带信号具有正交特征的伪随机序列、正交序列或其他可用于码分多址的编码序列。进一步的，步骤一中超声波信号源在20-24KHz范围内调制不同的超声波信号。进一步的，超声波信号源调制不同超声波信号可以通过采用不同的编码，或者通过调制成不同频段的信号，只要可以区分不同的定位序列即可。有益效果：本专利技术提供的一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统及方法，与现有技术相比，仅利用待定位设备上的麦克风，无需额外的信号接收设备，比射频信号定位精度高，可以实现低成本高精度的室内定位；超声波的传播速度远低于电磁波的传播速度，可以大大降低进行到达时间差估计的硬件处理精度；可以适应复杂的室内环境，定位速度快。附图说明图1为本专利技术基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统的结构框图；图2为本专利技术基于临界听域超声波到达时间差的室内定位的方法流程图；图3为本专利技术基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统中数字变频示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，待定位设备位于室内空间，包括超声波信号源、声音功率放大器及多个高音喇叭，所述超声波信号源为多信号源，超声波信号源用于产生多个不同的超声波信号，产生的超声波信号经过声音功率放大器放大后同步传输至多个高音喇叭，多个高音喇叭分别安装在室内不同位置，高音喇叭的喇叭口朝向待定位设备所在的区域，每个高音喇叭接收的超声波信号不同，待定位设备上装有麦克风，所述麦克风用于接收高音喇叭播出的超声波信号并录音。如图1所示，基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，待定位设备6位于室内空间，本实施例中有两个超声波信号源，分别为第一超声波信号源1(以下称为XA)和第二超声波信号源2(以下称为XB)；两个声音功率放大器，分别为第一声音功率放大器3(以下称为PA)和第二声音功率放大器4(以下称为PB)，PA和PB分别与XA和XB相连；6个高音喇叭5，分别为S1，S2，S3，S4，S5，S6，其中，S1，S2，S3连接至声音功率放大器PA；S4，S5，S6连接至声音功率放大器PB。高音喇叭5分别安装在室内不同方向的边界处，高音喇叭5的喇叭口朝向待定位设备所在的区域，每个高音喇叭5接收的超声波信号不同。待定位设备6上装有麦克风，所述麦克风用于接收高音喇叭5播出的超声波信号并录音。高音喇叭5的安装与地面和墙壁超过50厘米距离，这样可以减少地面或墙壁多径反射对定位信号的影响。基于临界听域超声波到达时间差的室内定位方法如图2所示，包括以下步骤：步骤一：超声波信号源产生通过不同定位序列对基带信号编码调制的超声波信号，将不同的超声波信号输入声音功率放大器；步骤二：对安装在室内不同位置的多个高音喇叭进行编号，不同的超声波信号通过声音功率放大器进行放大后被同步送入多个高音喇叭中，一个超声波信号对应一个高音喇叭并通过高音喇叭播出，记录每个高音喇叭以及与该高音喇叭相对应的定位序列；步骤三：待定位设备上的麦克风接收多个高音喇叭播出的超声波信号，将接收到的超声波信号进行变频解调得到基带信号，将基带信号和步骤二记录的各高音喇叭对应的定位序列进行相关运算，得到每一个定位序列相关后的峰值，通过峰值的相对位置差及麦克风的采样率得到不同高音喇叭发射的超声波信号到达待定位设备的时间差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，待定位设备位于室内空间，其特征在于，包括超声波信号源、声音功率放大器及多个高音喇叭，所述超声波信号源为多信号源，超声波信号源用于产生多个不同的超声波信号，产生的超声波信号经过声音功率放大器放大后同步传输至多个高音喇叭，多个高音喇叭分别安装在室内不同位置，高音喇叭的喇叭口朝向待定位设备所在的区域，每个高音喇叭接收的超声波信号不同，待定位设备上装有麦克风，所述麦克风用于接收高音喇叭播出的超声波信号并录音。

【技术特征摘要】
1.一种基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，待定位设备位于室内空间，其特征在于，包括超声波信号源、声音功率放大器及多个高音喇叭，所述超声波信号源为多信号源，超声波信号源用于产生多个不同的超声波信号，产生的超声波信号经过声音功率放大器放大后同步传输至多个高音喇叭，多个高音喇叭分别安装在室内不同位置，高音喇叭的喇叭口朝向待定位设备所在的区域，每个高音喇叭接收的超声波信号不同，待定位设备上装有麦克风，所述麦克风用于接收高音喇叭播出的超声波信号并录音。2.根据权利要求1所述的基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，其特征在于，高音喇叭与地面和墙壁超过50厘米距离。3.如权利要求1或2所述的基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，其特征在于，所述超声波信号源产生的超声波信号的频率范围在20-24KHz之间。4.如权利要求3所述的基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，其特征在于，所述声音功率放大器为一个或多个，声音功率放大器包括多个声道，可以对多路声道的声音分别进行放大，声音功率放大器每一个声道的输出分别连接至每个高音喇叭。5.如权利要求4所述的基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，其特征在于，超声波信号源有多个，不同的超声波信号源将超声波信号通过网络同步传输至各自连接的声音功率放大器。6.如权利要求1或2所述的基于临界听域超声波到达时间差的室内定位系统，其特征在于，所述超声波信号源产生的超声波信号的频率范围为20-24KHz，高音喇叭在20-24KHz频率范围内的整个频段或部分频段具有良好的频响特性。7.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭林宁，胡爱群，姜禹，
申请(专利权)人：南京安璞信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32