基于声音的定位制造技术

本发明专利技术公开了基于声音的定位。接收设备从多个声音信号源捕捉声音信号（例如超声波），选择满足可靠性条件的声音信号用于确定接收设备相对于对应声音信号源的初始定位，使用对所选声音信号的多点定位来确定接收设备的初始定位，以及当个别声音信号的可靠性在接收设备和声音信号源之间存在动态改变的环境干扰、多径和移动的情况下变化时，更新接收设备的当前定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，尤其涉及定位技术。
技术介绍
在室内环境(setting)内准确地确定用户或移动设备的定位提出了各种挑战。例如，全球定位系统(GPS)技术在封闭式建筑内不能良好运作，在那里移动设备与GPS卫星的通信可能受到包围结构的阻碍。此外，可用消费者设备在其通信能力、感测能力(例如移动设备话筒)、其内部时钟的准确性、可用功率等方面是有限的。因此，在不对可用移动设备的硬件进行重要修改的情况下，在封闭式建筑内(或其中GPS定位由于某种原因而不可用)获取与移动用户有关的高度准确的实时位置信息则是困难的。
技术实现思路
本文中描述并要求保护的实现通过以下操作来解决上述问题:使用接收设备从多个声音信号源捕捉声音信号(例如超声波)，选择满足可靠性条件的声音信号用于确定接收设备相对于对应声音信号源的初始定位，使用对所选声音信号的多点定位来确定接收设备的初始定位，以及当个别声音信号的可靠性在接收设备和声音信号源之间存在动态改变的环境干扰、多径和移动的情况下变化时，更新接收设备的当前定位。提供本
技术实现思路
以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。本
技术实现思路
并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此处还描述和列举了其他实现。附图说明图1不出米用基于声音的定位的一不例场景。图2不出米用基于声音的定位的另一不例场景。图3示出基于声音的定位的示例数据流程图。图4示出基于声音的定位的示例操作。图5示出使用差异到达时间和无差异到达时间的基于声音的定位的示例操作。图6示出了可用于实现所描述的技术的另一示例性系统。具体实施例方式诸如智能电话之类的某些现代移动设备包括能够检测超声波信号的话筒，这提供使用消费者级移动设备来执行基于超声波的定位的机会。这些设备可检测的超声波带宽当前较窄(例如，20KHz和22KHz之间)。然而，超声波信号可在这一有限带宽内起作用，同时提供足够信息来允许确定接收设备相对于超声波信号源的定位。例如，一个实现包括遍布给定区域的声音信号源(例如扬声器)。声音信号源所发出的声音信号由一个或多个接收设备(例如，具有能够准确捕捉超声波声音信号的话筒的移动设备)来接收，一个或多个接收设备使用接收到的声音信号来计算给定区域内的位置。接收设备可使用多点定位从接收到的声音信号确定其初始定位，多点定位是一种基于准确计算从具有已知位置的多个声音信号源所发出的信号的差异到达时间(TDOA)来确定接收设备的定位的过程。以此方式，多点定位可用于确定接收设备相对于多个声音信号源的定位。之后，给定接收设备的初始定位，有可能导出每一声音信号的时间基准，并由此使用无差异到达时间(TOA)测量来继续更新接收设备的定位，尤其在可靠声音信号的数量下降时(例如，由于改变信号源和接收设备之间的障碍和干扰)。一般而言，多点定位的一个实现涉及从已知位置处的多个声音信号源接收声音信号的接收设备。每一声音信号的到达时间差异可基于已知传输时隙来归一化，并且用于确定接收设备和每一声音信号源之间的距离差异。使用两个声音信号源，接收设备可被定位在双曲面上。使用三个声音信号源，接收设备可被定位在第二双曲面上，其中两个双曲面的交集描绘了接收设备位于的曲线。通过添加第四声音信号源，接收设备可被定位在第三双曲面上，其中这三个双曲面的交集定义了三维空间中的唯一点。然而，应当理解，声音信号的到达时间测量中的误差可使定位计算的准确性降级(例如，基于接收到的声音信号所计算的双曲面几乎不在空间中的精确点处相交)。因此，可应用附加声音信号源和/或优化技术(例如，最小平方方法或扩展Kalman滤波器)来改进所计算的定位结果的准确性。图1示出采用基于声音的定位的示例场景100。购物者102 (示例用户)在他移动通过一商店104 (示例环境)时正携带有执行定位应用的移动电话。购物者102的身体被定向于朝向商店104的东北面。多个声音信号源(例如扬声器106)遍布商店104,每一声音信号源在其自身的时隙中(例如以循环方式)发出声音信号。只要声音信号强得足以被接收设备捕捉，每一声音信号就可由接收设备(例如，移动电话)的音频输入(例如，话筒)来接收。例如，扬声器Iio发出的超声波声音信号被接收设备捕捉,而由于扬声器116距接收设备的距离，该扬声器发出的声音信号不足以强到被接收设备捕捉。此外，某些声音信号不是直接由接收设备接收。例如，购物者102的身体阻挡了扬声器114和接收设备之间的直接声音信号路径。但是，接收设备可接收来自扬声器114的声音信号在周围结构(诸如商店中的货架、天花板、和地板)上的反射。反射信号引入了沿声音信号路径的额外距离，且因此不能提供准确的到达时间测量(在没有某种类型的归一化的情况下)。在一个实现中，接收设备在直接声音信号与反射声音信号之间进行辨别，以便忽略反射声音信号而不进行定位计算，但是可采用其他实现来考虑特定类型的反射。例如，在一个实现中，声音信号源与反射表面之间以及接收设备与反射表面之间的已知几何关系可用于计算声音信号源与接收设备之间沿反射路径的物理距离，并且由此计算声音信号源与接收设备之间的直接物理距离。在另一实现中，基于声音的定位系统可计算由多个捕捉到的声音信号(无论它们是反射的还是直接的信号)所指示的可能的相交(定位)集。在某些情况下，多个所捕捉的信号使其成为可能的定位集可由其他约束来缩小，以推荐要用于最准确定位的最可靠信号源。如图1中所示，在购物者102携带的接收设备上执行的基于声音的定位应用从扬声器106、108、110和112接收直接声音信号。也有可能接收设备从诸如扬声器118和120之类的其他扬声器接收直接声音信号，这可改进定位计算的准确性和/或可靠性。但是，在没有其他信息的情况下，通过接收四个可靠且直接的声音信号，接收设备可使用差异到达时间(DTOA)测量和多点定位来计算其在三维空间内相对于信号源的定位。或者，在没有其他信息的情况下，接收设备可基于三个可靠且直接的音频源，使用多点定位来计算其在二维空间内相对于信号源的定位。在存在诸如定位约束(即，购物者102不可能位于货架顶部或商店104以外)或定位近似(例如，假定购物者102位于过道中间)之类的附加信息的情况下，可提升定位计算的可靠性和准确性，和/或可降低定位计算所需的信号源数量(使得先前所使用的声音信号源的子集被使用)。一旦使用DTOA测量和多点定位确定了购物者102的初始定位，声音定位应用就可计算每一声音信号的定时基准(例如，基于声音信号源和接收设备之间的已知距离，对应声音信号源已传输和/或停止传输的时间)。给定这些基准，声音定位应用可切换到无差异TOA测量，从而允许使用比多点定位阶段所使用的更少的声音信号源来准确定位。因此，随着购物者102在商店四处移动时，某些先前的直接声音信号将变成被该购物者的身体、其他购物者、货架、标牌等阻挡。但是，声音定位应用可继续从遍布该环境的各个声音信号源中捕捉声音信号，并且准确地确定该购物者的定位，甚至在可靠声音源数量变化的情况下。图2示出了采用基于声音的定位的另一示例场景200，其中购物者202相对于遍布商店204的多个信号源(例如,扬声器206)位于不同的位置和定向，每一信号源发出可由接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：由第一位置处的接收设备（300）从声音信号源（110）集合中的每一个接收（404）声音信号（305），从每一声音信号源（110）发出的所述声音信号（305）不同于从另一声音信号源发出的声音信号，且每一声音信号源（110）在该集合内能基于所述声音信号中提供的信息来被唯一地标识；选择（406）从声音信号源（110）子集中接收到的声音信号（305），所选声音信号满足滤掉反射声音信号的可靠性条件（410），提供所选声音信号的每一声音信号源的位置对于所述接收设备（300）是已知的；使用差异到达时间测量和互相关来确定（412）所述接收设备（300）相对于该声音信号源子集的已知位置的第一位置；以及基于所述第一位置以及在所述接收设备（300）的第二位置处接收到的声音信号的无差异到达时间测量，基于从少于该声音信号源子集接收到的声音信号，来确定（412）所述第二位置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·R·哈瑞尔，W·H·康纳，M·R·帕尔塞蒂亚，J·C·柯兰德尔，H·弗里克，J·赖特，M·J·巴克梅尔，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：美国;US