声波定位系统、用于智能终端的声波定位系统及定位方法技术方案

本公开提供一种声波定位系统、用于智能终端的声波定位系统及定位方法，该声波定位系统包括：服务器，用于广播同步指令及地图数据储存；声源，用于接收同步指令，并从室内N个位置广播数据帧，N≥2，该数据帧包括：声源ID，用于标记发出该数据帧的声源的ID；以及发射时刻，用于记录该声源发出该数据帧的时刻；以及定位模块，用于接收同步指令以及接收数据帧，并根据同步指令、声源ID以及发射时刻解算出当前所在的位置，声源和定位模块由服务器的同步指令触发，声源广播的数据帧中携带发射时刻的信息，因此定位模块解析计算用时长短将不再影响距离的确定，实现了2m以内的定位精度，且空间及环境适应性强。

【技术实现步骤摘要】
声波定位系统、用于智能终端的声波定位系统及定位方法
本公开涉及室内定位
，尤其涉及一种声波定位系统、用于智能终端的声波定位系统及定位方法。
技术介绍
室内定位是世界上最新的技术之一，人们一生当中80％的时间都待在室内，但是由于墙壁对电磁信号的屏蔽遮挡，GPS却不能在室内良好运作。为此本领域技术人员提出了多种技术方案应用于室内定位。例如：无线信号方案、指纹定位方案以及UWB(UltraWideband-超宽带)方案等等。其中，基于无线信号发射设备如WIFI、蓝牙(Bluetooth)等方案依赖于无线信号距离衰减模型，定位精度可达5m，误差大且信号RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication-接收信号的强度指示)易受环境因素影响；指纹定位方案需要在室内收集很多的指纹数据，定位时通过智能终端采集无线信号和预先收集的指纹数据库对比，找出最相似的指纹位置作为当前坐标，该方案不适合在较大空间环境应用，且随着时间越来越久，指纹库需要不断更新以提高匹配程度，工作量大定位精度差以至于难以实际应用；UWB需要额外标签确定位置，由多个传感器采用TDOA(TimeDifferenceofArrival-到达时间差)和AOA(AngleofArrival-到达角度测距)定位算法对标签位置进行分析，多径分辨能力强，精度高，定位精度可达厘米级，但是UWB难以实现大范围室内覆盖，且智能手机不支持UWB；基于惯导的室内定位会随着时间误差不断累积，因此常常融合其它方法一起使用；基于地磁的定位技术则在如停车场、车间等复杂磁场环境中无法应用。因此上述方案均无法满足室内定位的要求。现有技术中提出了一种基于声音的定位方案，声音信号源发射中心频率不一致的线性调频信号来区分不同的声音信号源，接收设备从多个声音信号源采集声音信号，在事先已知初始距离及捕捉到声音信号时刻的前提下确定好时间基准，通过解析其它声源信号，采用TOA或者TDOA方法来确定自己的位置。在实现本公开的过程中，申请人发现上述方案存在如下技术缺陷：1、定位对时间同步及精度有较高的要求，现有技术中通过事先确定初始距离和捕捉信号时刻作为时间基准，以此来计算到其余声音信号源的距离。在实际场景中知晓初始距离是困难的，因而在陌生的环境中难以实施；同时捕捉信号时刻的确定并没有将智能终端解析声音信号的系统延迟区别开来，这将导致在计算其余声音信号源距离时产生较大的偏差；2、同一声音信号源发出的声波多径传输到达终端后，并没有很恰当的方法可以区别二者先后，由此可导致较大的定位误差。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述技术问题，本公开提供一种声波定位系统、用于智能终端的声波定位系统及定位方法，以缓解现有技术中的声波定位系统在陌生环境中难以知晓初始距离，且智能终端解析声音信号有系统延迟，同时智能终端无法区别同一声源发出的经多径传输的声波，从而导致定位精度下降的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供一种声波定位系统，包括：服务器，用于广播同步指令；声源，用于接收所述同步指令，并从室内N个位置广播数据帧，N≥2，该数据帧包括：声源ID，用于标记发出该数据帧的声源的ID；以及发射时刻，用于记录该声源发出该数据帧的时刻；以及定位模块，用于接收所述同步指令以及接收所述数据帧，并根据所述同步指令、所述声源ID以及所述发射时刻解算出当前所在的位置。在本公开的一些实施例中，其中：所述服务器包括：无线路由器，用于广播同步指令。在本公开的一些实施例中，所述声源包括：无线信号接收单元，用于接收并解析所述同步指令；处理器单元，与所述无线信号接收单元信号连接，其在所述无线信号接收单元验证通过所述同步指令后生成所述数据帧；以及扬声器单元，与所述处理器单元信号连接，其从室内N个位置广播所述处理器单元生成的数据帧。在本公开的一些实施例中，所述定位模块包括：无线信号单元，用于接收并解析所述同步指令；麦克风，其在所述无线信号单元验证通过所述同步指令后接收所述扬声器单元广播的所述数据帧；以及信号处理单元，与所述麦克风连接，用于解算所述数据帧，确定所述定位模块的具体方位。在本公开的一些实施例中，其中：所述服务器还包括：存储器，用于存储室内地图，并通过所述无线路由器传输；所述定位模块中的所述无线信号单元还用于向所述服务器发送地图数据请求指令以及接收所述地图数据。在本公开的一些实施例中，所述声源中的所述处理器单元包括：DSP处理器，与所述无线信号接收单元连接，用于时序与逻辑控制；DDS频率发生器，与所述DSP处理器连接，用于生成所述数据帧；时钟，与所述DSP处理器连接，用于为所述DSP处理器提供时钟信号；以及多路模拟开关，与所述DSP处理器连接，用于控制与其连接的扬声器单元发声。在本公开的一些实施例中，所述定位模块还包括：定时器，与所述无线信号单元连接，用于在所述无线信号单元接收到所述同步指令后开始计时。在本公开的一些实施例中，所述数据帧包括M段时长分别介于10ms至20ms之间的正弦信号，M≥6；两段所述数据帧之间的发送间隔介于150ms至300ms之间；所述同步指令的发送周期介于2s至5s之间；其中，每段所述正弦信号的信号频段介于15KHz至20KHZ之间，且每段所述正弦信号根据其对应的信号频段进行编码。在本公开的一些实施例中，所述数据帧包括8段时长分别为15ms的正弦信号，两段所述数据帧之间的发送间隔为200ms，同步指令的发送周期为3s；每段所述正弦信号的信号频段介于18KHz至19KHz之间，且每间隔0.1KHz将所述正弦信号由0至9进行编码。在本公开的一些实施例中，其中：所述数据帧还包括：起始位，用于标记所述数据帧的开始；奇偶校验位，用于所述数据帧的校验；以及结束位，用于标记所述数据帧的结束；其中，所述起始位、所述声源ID、所述发射时刻、所述奇偶校验位和所述结束位均包含至少一段所述正弦信号。在本公开的一些实施例中，其中：所述起始位包含两段所述正弦信号；所述声源ID包含两段所述正弦信号；所述发射时刻包含两段所述正弦信号；所述奇偶校验位包含一段所述正弦信号；所述结束位包含一段所述正弦信号。根据本公开的另一个方面，还提供一种用于智能终端的声波定位系统，包括本公开提供的声波定位系统；其中，所述定位模块与智能终端连接或集成。根据本公开的再一个方面，还提供一种定位方法，包括：步骤A：服务器广播同步指令；步骤B：声源接收到所述同步指令后，从室内N个位置广播数据帧，N≥2；步骤C：定位模块接收到所述同步指令后，开启麦克风采集所述数据帧；步骤D：定位模块采集所述数据帧并执行如下操作：记录采集到所述数据帧的时间，并与数据帧中的发射时刻进行比对；根据声音在室内的传播速度以及发射时刻和接受时刻的差值，以及声源ID，计算出定位模块与发射该数据帧的声源之间的距离；通过计算与N个声源之间的距离，解算出该定位模块当前所处的具体位置。在本公开的一些实施例中，所述步骤A中：所述定位模块与所述服务器连接，并检测本地是否存储有地图数据：若本地存储有地图数据，开始侦听所述同步指令；若本地没有地图数据，或本地存储的地图数据与所述服务器中存储的所述地图数据不一致，所述定位模块向所述服务器发送地图数据请求，接收到所述服务本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声波定位系统，包括：服务器，用于广播同步指令；声源，用于接收所述同步指令，并从室内N个位置广播数据帧，其中，N≥2，该数据帧包括：声源ID，用于标记发出该数据帧的声源的ID；以及发射时刻，用于记录该声源发出该数据帧的时刻；以及定位模块，用于接收所述同步指令以及接收所述数据帧，并根据所述同步指令、所述声源ID以及所述发射时刻解算出当前所在的位置。

【技术特征摘要】
1.一种声波定位系统，包括：服务器，用于广播同步指令；声源，用于接收所述同步指令，并从室内N个位置广播数据帧，其中，N≥2，该数据帧包括：声源ID，用于标记发出该数据帧的声源的ID；以及发射时刻，用于记录该声源发出该数据帧的时刻；以及定位模块，用于接收所述同步指令以及接收所述数据帧，并根据所述同步指令、所述声源ID以及所述发射时刻解算出当前所在的位置。2.根据权利要求1所述的声波定位系统，其中：所述服务器包括：无线路由器，用于广播同步指令；所述声源包括：无线信号接收单元，用于接收并解析所述同步指令；处理器单元，与所述无线信号接收单元信号连接，其在所述无线信号接收单元验证通过所述同步指令后生成所述数据帧；以及扬声器单元，与所述处理器单元信号连接，其从室内N个位置广播所述处理器单元生成的数据帧；所述定位模块包括：无线信号单元，用于接收并解析所述同步指令；麦克风，其在所述无线信号单元验证通过所述同步指令后接收所述扬声器单元广播的所述数据帧；以及信号处理单元，与所述麦克风连接，用于解算所述数据帧，确定所述定位模块的具体方位。3.根据权利要求2所述的声波定位系统，其中：所述服务器还包括：存储器，用于存储室内地图，并通过所述无线路由器传输；所述定位模块中的所述无线信号单元还用于向所述服务器发送地图数据请求指令以及接收所述地图数据；所述声源中的所述处理器单元包括：DSP处理器，与所述无线信号接收单元连接，用于时序与逻辑控制；DDS频率发生器，与所述DSP处理器连接，用于生成所述数据帧；时钟，与所述DSP处理器连接，用于为所述DSP处理器提供时钟信号；以及多路模拟开关，与所述DSP处理器连接，用于控制与其连接的扬声器单元发声；所述定位模块还包括：定时器，与所述无线信号单元连接，用于在所述无线信号单元接收到所述同步指令后开始计时。4.根据权利要求1所述的声波定位系统，所述数据帧包括M段时长分别介于10ms至20ms之间的正弦信号，M≥6；两段所述数据帧之间的发送间隔介于150ms至300ms之间；所述同步指令的发送周期介于2s至5s之间；其中，每段所述正弦...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小军，高歌，李巨涛，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11