一种基于发射角估计的音频定位方法技术

本发明专利技术属于室内定位技术领域，公开了一种基于发射角估计的音频定位方法，布设至少两个已知位置信息和姿态信息的基站，每个基站均配置有声源发射器阵列，声源发射器阵列包括若干个向不同方向发射声音信号的声源发射器；每个基站通过声源发射器不断发射带有识别码的声音信号，不同的声源发射器发射的声音信号的识别码唯一确定且相互不同；接收端接收来自所有基站的所有声音信号，并对声音信号进行解调得到接收端和基站之间的角度概率分布；根据角度概率分布得到接收端与每个基站对应的最佳空间估计角度；根据基站坐标系下的最佳空间估计角度、基站的位置信息和姿态信息解算得到接收端的空间位置。本发明专利技术解决了室内定位的精度较低的问题。低的问题。低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于发射角估计的音频定位方法


[0001]本专利技术属于室内定位
，更具体地，涉及一种基于发射角估计的音频定位方法。

技术介绍

[0002]随着室内外定位技术的发展，基于广覆盖、多层次的位置服务需求巨大。目前，在室外场景下基于GNSS的定位已成熟发展，但在室内、城市峡谷地区、地下等复杂空间由于GNSS难以抵达而无法实现定位，因此已经发展了利用WIFI、蓝牙、超宽带等射频信号进行室内定位研究的技术。但是室内场景复杂多变，电磁场环境不稳定，对定位精度影响较大。此外，较为成熟的超宽带定位方案成本和功耗过高，难以形成普及应用，蓝牙定位方案虽然成本低，但作用距离有限，且在室内等GNSS拒止环境下难以满足高精度的位置服务需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术通过提供一种基于发射角估计的音频定位方法，解决现有技术中室内定位的精度较低的问题。
[0004]本专利技术提供一种基于发射角估计的音频定位方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：布设至少两个已知位置信息和姿态信息的基站，每个所述基站均配置有声源发射器阵列，所述声源发射器阵列包括若干个向不同方向发射声音信号的声源发射器；
[0006]步骤2：每个所述基站通过所述声源发射器不断发射带有识别码的声音信号，不同的声源发射器发射的声音信号的识别码唯一确定且相互不同；
[0007]步骤3：接收端接收来自所有基站的所有声音信号；
[0008]步骤4：所述接收端对声音信号进行解调，得到识别码种类和该种类识别码声音信号的强度，结合识别码和声源发射器的编号之间的映射关系、声源发射器的编号和基站之间的归属关系、声源发射器的编号和声音信号的发射角度之间的映射关系，得到所述接收端和所述基站之间的角度概率分布；
[0009]步骤5：根据所述角度概率分布得到所述接收端与每个所述基站对应的最佳空间估计角度；
[0010]步骤6：根据所述基站坐标系下的最佳空间估计角度、所述基站的位置信息和姿态信息解算得到所述接收端的空间位置。
[0011]优选的，所述步骤2中，所述识别码包含该识别码分别与对应的声源发射器、基站之间的所属关系信息；
[0012]所述识别码包含该识别码所属声源发射器的编号与该识别码所属声源发射器发射的声音信号的波束方向角度之间的映射关系信息。
[0013]优选的，所述步骤3中，所述接收端通过麦克风接收所述声音信号。
[0014]优选的，所述步骤4中，得到所述接收端和所述基站之间的角度概率分布的具体实现方式为：
[0015]结合已知的识别码和声源发射器的编号之间的映射关系、声源发射器的编号和基站之间的归属关系，对不同的识别码的声音信号强度和基站归属建立的拓扑关系；针对每一个基站，对该基站的所有信号强度分别进行归一化处理，归一化处理后得到的值视为所述接收端位于该基站的角度概率分布。
[0016]优选的，所述步骤5中，对每个基站对应的所述角度概率分布进行处理，通过加权求和的处理方法得到所述接收端与该基站对应的最佳空间估计角度。
[0017]优选的，所述步骤5中，对每个基站对应的所述角度概率分布进行处理，将最大角度概率对应的波束方向角度作为所述接收端与该基站对应的最佳空间估计角度。
[0018]优选的，所述步骤6的具体实现方式为：
[0019]所述最佳空间估计角度作为相对角度，针对每个所述基站，结合接收端与该基站对应的最佳空间估计角度以及该基站的所述姿态信息，得到所述接收端和该基站之间的绝对角度；得到所有基站与所述接收端之间的绝对角度后，结合所有基站的所述位置信息，解算得到所述接收端的空间位置。
[0020]本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0021]在专利技术中，首先布设至少两个已知位置信息和姿态信息的基站，每个基站均配置有声源发射器阵列，声源发射器阵列包括若干个向不同方向发射声音信号的声源发射器；然后每个基站通过声源发射器不断发射带有识别码的声音信号，不同的声源发射器发射的声音信号的识别码唯一确定且相互不同；接收端接收来自所有基站的所有声音信号并对声音信号进行解调，得到接收端和基站之间的角度概率分布；之后根据角度概率分布得到接收端与每个基站对应的最佳空间估计角度；最后根据基站坐标系下的最佳空间估计角度、基站的位置信息和姿态信息解算得到接收端的空间位置。本专利技术基于声音信号进行定位，能够有效避免复杂电磁环境的干扰，具有较高的定位精度；基于声音信号的波长特性，使得信号作用距离比一般射频信号要远，能够实现室内场景的广覆盖。相比于信号接收端的到达角(AOA)估计方法，本专利技术利用声源发射器能够形成定向信号波束的优势，能够有效减少移动终端安置多天线的成本，广泛适用于能够接收声音信号的移动终端。相比于基于距离估计的方法，本专利技术对基站的时间同步要求低，能够有效降低基站侧的成本。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种基于发射角估计的音频定位方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的一种基于发射角估计的音频定位方法中声源发射器和基站之间的归属关系、声源发射器和信号发射角度之间的映射关系、声源发射器和识别码之间的映射关系示意图。
具体实施方式
[0024]由于声音传输速度远低于电磁波信号，易于实现同步，具有低能耗、低成本的优势；声学特征不易受干扰，作用距离可达数十米，能够有效满足室内场景的信号覆盖。此外，基于单声源发射器能够形成定向信号波束，利用该优势，本专利技术提供一种基于角度估计的音频定位方法，能够实现低成本、高精度、广覆盖的室内定位。
[0025]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上
述技术方案进行详细的说明。
[0026]本实施例提供了一种基于发射角估计的音频定位方法，包括以下步骤：
[0027]步骤1：布设至少两个已知位置信息和姿态信息的基站，每个所述基站均配置有声源发射器阵列，所述声源发射器阵列包括若干个向不同方向发射声音信号的声源发射器；
[0028]步骤2：每个所述基站通过所述声源发射器不断发射带有识别码的声音信号，不同的声源发射器发射的声音信号的识别码唯一确定且相互不同；
[0029]步骤3：接收端接收来自所有基站的所有声音信号；
[0030]步骤4：所述接收端对声音信号进行解调，得到识别码种类和该种类识别码声音信号的强度，结合识别码和声源发射器的编号之间的映射关系、声源发射器的编号和基站之间的归属关系、声源发射器的编号和声音信号的发射角度之间的映射关系，得到所述接收端和所述基站之间的角度概率分布；
[0031]步骤5：根据所述角度概率分布得到所述接收端与每个所述基站对应的最佳空间估计角度；
[0032]步骤6：根据所述基站坐标系下的最佳空间估计角度、所述基站的位置信息和姿态信息解算得到所述接收端的空间位置。
[0033]本专利技术基于声音(机械波)信号进行定位，能够有效避免复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于发射角估计的音频定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：布设至少两个已知位置信息和姿态信息的基站，每个所述基站均配置有声源发射器阵列，所述声源发射器阵列包括若干个向不同方向发射声音信号的声源发射器；步骤2：每个所述基站通过所述声源发射器不断发射带有识别码的声音信号，不同的声源发射器发射的声音信号的识别码唯一确定且相互不同；步骤3：接收端接收来自所有基站的所有声音信号；步骤4：所述接收端对声音信号进行解调，得到识别码种类和该种类识别码声音信号的强度，结合识别码和声源发射器的编号之间的映射关系、声源发射器的编号和基站之间的归属关系、声源发射器的编号和声音信号的发射角度之间的映射关系，得到所述接收端和所述基站之间的角度概率分布；步骤5：根据所述角度概率分布得到所述接收端与每个所述基站对应的最佳空间估计角度；步骤6：根据所述基站坐标系下的最佳空间估计角度、所述基站的位置信息和姿态信息解算得到所述接收端的空间位置。2.根据权利要求1所述的基于发射角估计的音频定位方法，其特征在于，所述步骤2中，所述识别码包含该识别码分别与对应的声源发射器、基站之间的所属关系信息；所述识别码包含该识别码所属声源发射器的编号与该识别码所属声源发射器发射的声音信号的波束方向角度之间的映射关系信息。3.根据权利要求1所述的基于发射角估计的音频定位方法，其特征在于，所述步骤3中，所述接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，梁劲松，周鑫，陈锐志，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：