一种预定二维空间内的定位方法和定位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种预定二维空间内的定位方法和定位系统。包括：在所述预定二维空间中的被定位物体上设置超声信号发送设备，该超声信号发送设备按预设频率发送超声定位信号，所述超声定位信号包含扩频码；在所述预定二维空间中布置至少两个超声信号接收设备，每个超声信号接收设备包含n元麦克风阵列，其中n为正整数，每个n元麦克风阵列分别用于接收所述超声定位信号，其中所述至少两个超声信号接收设备包含一个主设备；所述主设备获取除自身之外的所有超声接收设备接收到的超声定位信号；该主设备中包含的信号处理单元基于全部超声定位信号检测被定位物体在所述预定二维空间内的相对坐标。本发明专利技术可以基于超声方式实现二维空间内的精确定位。

A positioning method and system in two-dimensional space

【技术实现步骤摘要】
一种预定二维空间内的定位方法和定位系统
本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种预定二维空间内的定位方法和定位系统。
技术介绍
随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如楼宇、机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。还有，室外小范围如有多栋厂房的工厂、公司，社区，建筑群等，需要确定移动终端或其持有者、设施的位置信息，GPS等定位技术无法精确到某栋具体的建筑。关于室内定位技术，专家学者提出了许多解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。除了以上提及的定位技术，还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像分析、磁场以及信标定位等。此外，还有基于图像分析的定位技术、信标定位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段，如基于磁场压力感应进行定位的技术。以上各种定位技术各有优缺点，但并不意味着这些技术就应该因其优点而全面使用或者因其缺点而被抛弃。二维空间是指仅由长度或宽度(比如，X轴和Y轴)等两个要素所组成的平面空间，只向所在平面延伸扩展。目前，关于二维空间的定位算法研究较少。
技术实现思路
本专利技术提出一种预定二维空间内的定位方法和定位系统，实现针对二维空间内的精确定位。本专利技术实施方式的技术方案如下：一种预定二维空间内的定位方法，该方法包括：在所述预定二维空间中的被定位物体上设置超声信号发送设备，该超声信号发送设备按预设频率发送超声定位信号，所述超声定位信号包含扩频码；在所述预定二维空间中布置至少两个超声信号接收设备，每个超声信号接收设备包含n元麦克风阵列，其中n为正整数，每个n元麦克风阵列分别用于接收所述超声定位信号，其中所述至少两个超声信号接收设备包含一个主设备；所述主设备获取除自身之外的所有超声接收设备接收到的超声定位信号；该主设备中包含的信号处理单元基于全部超声定位信号检测被定位物体在所述预定二维空间内的相对坐标；其中所述检测过程包括：对所述全部超声定位信号分别执行对应于所述扩频码的扩频解相关处理；对扩频解处理后的全部超声定位信号分别执行空间谱估计计算，以得到所述超声信号发送设备相对于每个超声信号接收设备的方位角；基于至少两个所述方位角和所述至少两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体在所述预定二维空间中的相对坐标。在一个实施方式中，所述超声定位信号还包括被定位物体的身份标识信息，所述身份标识信息为二进制编码。在一个实施方式中，所述n元麦克风阵列中每个麦克风阵元排列为均匀线阵，并且所述均匀线阵中相邻两个麦克风阵元间隔不大于所述超声波定位信号波长的一半。在一个实施方式中，所述超声信号发送设备所发送的超声定位信号中所包含的所述扩频码是唯一的。在一个实施方式中，所述对扩频解处理后的全部超声定位信号分别执行空间谱估计计算为：利用到达角度测距方式对扩频解处理后的全部超声定位信号分别执行空间谱估计计算。在一个实施方式中，所述基于至少两个所述方位角和所述至少两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体的相对坐标包括：利用两个方位角和两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体的相对坐标，其中：其中α、β为所述两个方位角；(x1,y1)、(x2,y2)分别为所述两个超声信号接收设备的相对坐标；(x,y)为被定位物体的相对坐标。一种预定二维空间内的定位系统，该预定二维空间内的定位系统包括：超声信号发送设备，布置于在所述预定二维空间中的被定位物体上，用于按预设频率发送超声定位信号，所述超声定位信号包含有扩频码；布置于所述预定二维空间中的至少两个超声信号接收设备，每个超声信号接收设备包含n元麦克风阵列，其中n为正整数，每个n元麦克风阵列分别用于接收所述超声定位信号；其中所述至少两个超声信号接收设备中包含一个主设备，该主设备还用于获取除自身之外的所有超声接收设备接收到的超声定位信号；该主设备中包含的信号处理单元基于全部超声定位信号检测被定位物体在所述预定二维空间内的相对坐标；其中所述检测过程包括：对所述全部超声定位信号执行对应于所述扩频码的扩频解处理；对扩频解处理后的全部超声定位信号执行空间谱估计计算，以得到超声信号发送设备相对于每个超声信号接收设备的方位角；基于至少两个所述方位角和所述至少两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体在所述预定二维空间内的相对坐标。在一个实施方式中，所述n元麦克风阵列中每个麦克风阵元排列为均匀线阵，并且所述均匀线阵中相邻两个麦克风阵元间隔不大于所述超声波定位信号波长的一半。在一个实施方式中，所述被定位物体包括为手环或标签，所述超声信号发送设备包括超声喇叭。在一个实施方式中，所述基于至少两个所述方位角和所述至少两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体的相对坐标包括：利用两个方位角和两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体的相对坐标，其中：其中α、β为所述两个方位角；(x1,y1)、(x2,y2)分别为所述两个超声信号接收设备的相对坐标；(x,y)为被定位物体的相对坐标。从上述技术方案可以看出，在本专利技术实施方式中，在预定二维空间中的被定位物体上设置超声信号发送设备，该超声信号发送设备按预设频率发送超声定位信号，所述超声定位信号包含扩频码；在所述预定二维空间中布置至少两个超声信号接收设备，每个超声信号接收设备包含n元麦克风阵列，其中n为正整数，每个n元麦克风阵列分别用于接收所述超声定位信号，其中所述至少两个超声信号接收设备包含一个主设备；所述主设备获取除自身之外的所有超声接收设备接收到的超声定位信号；该主设备中包含的信号处理单元基于全部超声定位信号检测被定位物体在所述预定二维空间内的相对坐标。可见，本专利技术基于超声方式实现了二维空间内的精确定位。而且，本专利技术实施方式的n元麦克风阵列排列为均匀线阵，并且均匀线阵中相邻两个麦克风阵元间隔不大于超声波定位信号波长的一半，这种独特的布置方式，可以避免测向的模糊。附图说明图1为根据本专利技术预定二维空间内的定位方法流程图。图2为根据本专利技术DOA估算示意图。图3为根据本专利技术预定二维空间内的定位系统结构图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。为了使本专利技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本专利技术，并不被配置为用于限定本专利技术的保护范围。为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本专利技术的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅被配置为用于帮助理解本专利技术的方案。但是很明显，本专利技术的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本专利技术的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预定二维空间内的定位方法，其特征在于，该方法包括：在所述预定二维空间中的被定位物体上设置超声信号发送设备，该超声信号发送设备按预设频率发送超声定位信号，所述超声定位信号包含扩频码；在所述预定二维空间中布置至少两个超声信号接收设备，每个超声信号接收设备包含n元麦克风阵列，其中n为正整数，每个n元麦克风阵列分别用于接收所述超声定位信号，其中所述至少两个超声信号接收设备包含一个主设备；所述主设备获取除自身之外的所有超声接收设备接收到的超声定位信号；该主设备中包含的信号处理单元基于全部超声定位信号检测被定位物体在所述预定二维空间内的相对坐标；其中所述检测过程包括：对所述全部超声定位信号分别执行对应于所述扩频码的扩频解相关处理；对扩频解处理后的全部超声定位信号分别执行空间谱估计计算，以得到所述超声信号发送设备相对于每个超声信号接收设备的方位角；基于至少两个所述方位角和所述至少两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体在所述预定二维空间中的相对坐标。

【技术特征摘要】
1.一种预定二维空间内的定位方法，其特征在于，该方法包括：在所述预定二维空间中的被定位物体上设置超声信号发送设备，该超声信号发送设备按预设频率发送超声定位信号，所述超声定位信号包含扩频码；在所述预定二维空间中布置至少两个超声信号接收设备，每个超声信号接收设备包含n元麦克风阵列，其中n为正整数，每个n元麦克风阵列分别用于接收所述超声定位信号，其中所述至少两个超声信号接收设备包含一个主设备；所述主设备获取除自身之外的所有超声接收设备接收到的超声定位信号；该主设备中包含的信号处理单元基于全部超声定位信号检测被定位物体在所述预定二维空间内的相对坐标；其中所述检测过程包括：对所述全部超声定位信号分别执行对应于所述扩频码的扩频解相关处理；对扩频解处理后的全部超声定位信号分别执行空间谱估计计算，以得到所述超声信号发送设备相对于每个超声信号接收设备的方位角；基于至少两个所述方位角和所述至少两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体在所述预定二维空间中的相对坐标。2.根据权利要求1所述的预定二维空间内的定位方法，其特征在于，所述超声定位信号还包括被定位物体的身份标识信息，所述身份标识信息为二进制编码。3.根据权利要求1所述的预定二维空间内的定位方法，其特征在于，所述n元麦克风阵列中每个麦克风阵元排列为均匀线阵，并且所述均匀线阵中相邻两个麦克风阵元间隔不大于所述超声波定位信号波长的一半。4.根据权利要求1所述的预定二维空间内的定位方法，其特征在于，所述超声信号发送设备所发送的超声定位信号中所包含的所述扩频码是唯一的。5.根据权利要求1所述的预定二维空间内的定位方法，其特征在于，所述对扩频解处理后的全部超声定位信号分别执行空间谱估计计算为：利用到达角度测距方式对扩频解处理后的全部超声定位信号分别执行空间谱估计计算。6.根据权利要求1所述的预定二维空间内的定位方法，其特征在于，所述基于至少两个所述方位角和所述至少两个超声信号接收设备的相对坐标计算被定位物体的相对坐标包括：利用两个方位角和两个超声信号接收设备的相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：向玮晨，刘广松，
申请(专利权)人：苏州触达信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32