多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法技术

本发明专利技术属于音频定位技术领域，公开了一种多径和非视距的室内环境下的chirp信号检测方法，首先使用带通滤波器过滤音频原始数据，再基于时频分析法获得过滤数据的功率谱密度，对其进行能量监测从中提取包含第一路径的音频数据段；利用信号检测的极值归一化方法根据粗检测提取的音频数据段与发射的音频信号之间的互相关函数的输出计算原始峰值，对原始峰值的极值进行归一化；根据信号的功率谱密度的变化特征与互相关的原始峰值的波形特征动态选择松弛阈值和严格阈值，再基于归一化后的极值使用动态阈值法提取第一路径。本发明专利技术能够通过低成本的基础设施在多径和NLOS室内环境中实现鲁棒和高精度的音频测距，以便在大众智能手机上进行实际应用。机上进行实际应用。机上进行实际应用。

【技术实现步骤摘要】
多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法


[0001]本专利技术属于音频定位
，尤其涉及一种多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法。

技术介绍

[0002]目前，随着智能手机在日常生活中的普及，以及人们对室内位置服务的迫切需求，各种与智能手机兼容的室内定位技术层出不穷，主要包括蓝牙、Wi
‑
Fi、视频、惯性传感器和音频。在这些室内定位方法中，基于音频的室内定位技术已成为一个研究热点，这是由于音频定位技术具有相对较高的定位精度，对定时精度要求较不严格，以及无论硬件能力如何，都有可能与现成的商用智能手机合作的优势，毕竟每个智能手机都至少配备一个扬声器和一个麦克风。
[0003]大多数音频定位系统都是利用chirp信号的到达时间(TOA)或到达时差(TDOA)估计来确定从信号发射节点到目标设备的距离或伪距，并推断后者的位置。因此，TOA和TDOA的测量精度是音频室内定位和导航系统的基石。然而，在实际应用中，通过智能手机和低成本的基础设施在复杂的室内环境中进行鲁棒和高精度的TOA和TDOA估计仍然是一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法，其特征在于，所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法包括：首先，基于能量监测的粗检测方法是先使用带通滤波器过滤音频原始数据，再基于时频分析法获得过滤数据的功率谱密度，对其进行能量监测从中提取包含第一路径的音频数据段。其次，利用信号检测的极值归一化方法根据粗检测提取的音频数据段与原始音频信号之间的互相关函数的输出计算原始峰值，对原始峰值的极值进行归一化；最后，根据信号的功率谱密度的变化特征与互相关的原始峰值的波形特征动态选择松弛阈值和严格阈值，再基于归一化后的极值使用动态阈值法提取第一路径。2.如权利要求1所述多径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法，其特征在于，所述多径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法包括以下步骤：步骤一，进行粗检测：利用带通滤波器对原始音频信号进行滤波，通过对滤波后的信号进行短时傅里叶变换得到表示每个音频数据段的功率谱密度矩阵；通过监测功率谱密度的能量变化检测第一路径之前的时延，并对精检测中提取第一路径的比例因子进行预测；步骤二，进行精检测：从粗检测提取的音频数据段和原始音频信号的互相关函数输出中计算原始峰值，对原始峰值的极值进行归一化，得到归一化后的极值和预测精检测中提取第一路径的比例因子；将步骤一与步骤二得到的两个预测相结合进行动态选择比例因子的阈值，得到chirp信号的第一路径的时延检测结果。3.如权利要求2所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法，其特征在于，所述进行粗检测包括以下步骤：(1)接收包含chirp信号的原始音频信号，并利用带通滤波器对原始信号进行滤波处理，得到滤波后的音频信号；(2)利用短时傅里叶变换处理滤波后的音频信号得到音频信号的功率谱密度，根据发射的chirp信号的参数转换为它在功率谱密度PSD中的参数：Ws＝round[DT/(SL/Fs)]Ws＝round[DT/(SL/Fs)]其中，round[
·
]表示舍入函数，Ws表示PSD中chirp信号持续时间的窗口数，m
start
和m
end
分别表示PSD中chirp信号开始频率和结束频率的窗口数；其中，WL表示窗口的长度，SL表示窗口的移动步长，SL/Fs表示时间分辨率，Fs/WL表示频率分辨率；(3)从音频信号的PSD中获取每个时延τ
n
的平均能量AE以及能量突变比例ECR；其中，能量突变比例ECR表示在时延τ
n
频率f
m
处的PSD值比时延τ
n
‑1频率f
m
处的PSD值的高出值大于阈值TH
ED
的频率f
m
个数与时延τ
n
频率在使用频段f
m
总个数的比值；(4)利用下式计算τ
n
和τ
n
‑1的平均能量值的突变值：(5)设置两个阈值TH
ED
和TH
ECR
，当和τ
n
处的能量突变比例
时，检测到第一路径的粗时延τ
n
；(6)利用下式计算粗略时延τ
n
处从最强的路径到第一路径的窗口数：其中，表示在粗略时延τ
n
处从最强路径到第一路径的窗口数，最强路径的窗口数是从n到n+Ws找到AE的最大值，n表示检测到的第一路径的窗口数；(7)设置阈值TH
dis
，对精检测中第一路径识别的比例因子λ进行预测。4.如权利要求3所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法，其特征在于，所述利用短时傅里叶变换处理滤波后的音频信号得到音频信号的功率谱密度包括：首先，将傅里叶变换的滑动窗口设置为接收信号的起点，窗口函数以t＝τ0为中心，对信号进行加窗处理：y(t)＝x(t)
·
w(t
‑
τ0)；其中，x(t)表示R(0：WL]的音频数据段；w为汉明窗函数；其次，执行傅里叶变换获得第一个窗口的功率谱密度PSD：其中，表示接收信号在(0，τ0]处的向量；f
m
取决于智能手机的Fs，范围为0Hz到Fs/2Hz；τ0＝(WL/2)/Fs；最后，计算第n个窗口的PSD：其中，表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐志，李正，郭光毅，叶锋，
申请(专利权)人：浙江德清知路导航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：