基于声音信号利用双曲线交叉定位的室内定位方法技术

本发明专利技术提供一种基于声音信号利用双曲线交叉定位的室内定位方法，在室内不同位置安装n个发声设备；n≥3；n个发声设备的位置坐标均为已知值；n个发声设备按照预设时间间隔T1依次发出特定音频信号段；手持移动设备按采样频率f采集原始音频信号段，并发送到主机；主机对原始音频信号段和特定音频信号段进行相关性匹配，然后利用声音差和两个扬声器的位置建立单支双曲线，通过计算两个单支双曲线的交点得到手持移动设备的坐标，间接定位人的位置；具有定位精度高、无需其他专业设备等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于室内定位
，具体涉及一种。
技术介绍
GPS作为一种成熟的定位技术，已被各行各业广泛使用。但是，由于GPS信号存在室内信号强度较弱、易受遮挡等等特点，因此，难以应用于室内定位。目前，关于室内定位的研究成果主要包括以下几点:(1)谷歌应用GPS、WIFI信号、手机基站信号进行室内定位，发布了一款名为“Google Map Floor Plan Marker”的手机应用，但存在定位精度较低的不足。(2)诺基亚使用蓝牙模块进行室内定位，但是，需要在室内安装一个蓝牙装置作为发射台，通过手机和蓝牙发射台的通信完成定位，精度在30cm-100cm之间。由于需要在室内安装蓝牙装置，从而增加了室内定位成本。(3)博通公司使用WIF1、蓝牙、NFC技术以及手机内置的加速度传感器、陀螺仪完成室内定位，但是，需要手机内置博通的芯片，不方便广泛普及。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种，不需要使用特殊专业设备即能完成室内定位，并且，还具有定位精度高的优点。本专利技术采用的技术方案如下:本专利技术提供一种，包括以下步骤:SI,在室内不同位置安装n个发声设备；即:发声设备1、发声设备2...发声设备n ;其中，n≥3 ;在该室内任选坐标原点建立直角坐标系，则n个发声设备的位置坐标均为已知值，分别为:(X1, Y1)、(x2, Y2)...(xn, yn)；S2，n个发声设备按照预设时间间隔Tl依次发出特定音频信号段，其中，所述特定音频信号段的持续时间长度为T2，并且，T1>T2 ；手持移动设备为需要被进行室内定位的设备，所述手持移动设备按采样频率f采集时间长度为T3的原始音频信号段，并且，T3>T2 ；S3，所述手持移动设备将所述原始音频信号段发送到主机；所述主机读取预存储的所述特定音频信号段，然后，所述主机对所述原始音频信号段和所述特定音频信号段进行相关性匹配，计算得到各个发声设备所发出的特定音频信号段从被所述发声设备发出到被所述手持移动设备接收所经过的时间间隔，分别为:tpt2...tn ;其中，h与发声设备I对应、t2与发声设备2对应...tn与发声设备n对应；S4，对于任意的1、j、k，设Ai与发声设备i对应、tj与发声设备j对应...tk与发声设备k对应；其中，1、j、k G (l、2...n)；则:计算时间差:Stij-t1-tj ； 8 tJk=tj-tk ；计算距离差:5 Sij=VX 6 tiJ ； 6 Sjk=VX 6 tJk ;其中，V为声音在空气中传播速度；以发声设备i和发声设备j的位置坐标分别作为双曲线焦点，以5 Sij作为双曲线的半实轴长，根据S 的正负值，建立双曲线分支％ ；同理，以发声设备j和发声设备k的位置坐标分别作为双曲线焦点，以8 sJk作为双曲线的半实轴长，根据S tJk的正负值，建立双曲线分支；S5，判断双曲线分支Co1和双曲线分支《2是否合理，如果合理，则求解双曲线分支O1和双曲线分支W2在室内范围内的交点坐标，该交点坐标即为所述手持移动设备的位置坐标；如果不合理，则改变1、j、k的值，重新计算获得两条双曲线分支，然后重复本步骤。优选的，S2中，时间间隔Tl为IOOms ；所述特定音频信号段通过以下方式产生:首先产生时间长度为5ms的2kHz正弦音频信号；再紧接着产生时间长度为20ms的频率随时间线性增加的音频信号，其中，音频信号随时间变化的函数为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声音信号利用双曲线交叉定位的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在室内不同位置安装n个发声设备；即：发声设备1、发声设备2...发声设备n；其中，n≥3；在该室内任选坐标原点建立直角坐标系，则n个发声设备的位置坐标均为已知值，分别为：(x1，y1)、(x2，y2)...(xn，yn)；S2，n个发声设备按照预设时间间隔T1依次发出特定音频信号段，其中，所述特定音频信号段的持续时间长度为T2，并且，T1>T2；手持移动设备为需要被进行室内定位的设备，所述手持移动设备按采样频率f采集时间长度为T3的原始音频信号段，并且，T3>T2；S3，所述手持移动设备将所述原始音频信号段发送到主机；所述主机读取预存储的所述特定音频信号段，然后，所述主机对所述原始音频信号段和所述特定音频信号段进行相关性匹配，计算得到各个发声设备所发出的特定音频信号段从被所述发声设备发出到被所述手持移动设备接收所经过的时间间隔，分别为：t1、t2...tn；其中，t1与发声设备1对应、t2与发声设备2对应...tn与发声设备n对应；S4，对于任意的i、j、k，设：tj与发声设备i对应、tj与发声设备j对应...tk与发声设备k对应；其中，i、j、k∈(1、2...n)；则：计算时间差：δtij=ti?tj；δtjk=tj?tk；计算距离差：δsij=V×δtij；δsjk=V×δtjk；其中，V为声音在空气中传播速度；以发声设备i和发声设备j的位置坐标分别作为双曲线焦点，以δsij作为双曲线的半实轴长，根据δtij的正负值，建立双曲线分支ω1；同理，以发声设备j和发声设备k的位置坐标分别作为双曲线焦点，以δsjk作为双曲线的半实轴长，根据δtjk的正负值，建立双曲线分支ω2；S5，判断双曲线分支ω1和双曲线分支ω2是否合理，如果合理，则求解双曲线分支ω1和双曲线分支ω2在室内范围内的交点坐标，该交点坐标即为所述手持移动设备的位置坐标；如果不合理，则改变i、j、k的值，重新计算获得两条双曲线分支，然后重复本步骤。...

【技术特征摘要】
1.一种基于声音信号利用双曲线交叉定位的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤: SI，在室内不同位置安装n个发声设备；8卩:发声设备1、发声设备2...发声设备n ;其中，n≤3 ; 在该室内任选坐标原点建立直角坐标系，则n个发声设备的位置坐标均为已知值,分别为:(X1, Y1)、(x2, Y2)...(xn, yn)； S2，n个发声设备按照预设时间间隔Tl依次发出特定音频信号段，其中，所述特定音频信号段的持续时间长度为T2，并且，T1>T2 ； 手持移动设备为需要被进行室内定位的设备，所述手持移动设备按采样频率f采集时间长度为T3的原始音频信号段，并且，T3>T2 ； S3，所述手持移动设备将所述原始音频信号段发送到主机；所述主机读取预存储的所述特定音频信号段，然后，所述主机对所述原始音频信号段和所述特定音频信号段进行相关性匹配，计算得到各个发声设备所发出的特定音频信号段从被所述发声设备发出到被所述手持移动设备接收所经过的时间间隔，分别为t2...tn ;其中，h与发声设备I对应、t2与发声设备2对应...tn与发声设备n对应； S4，对于任意的1、j、k，设与发声设备i对应、\与发声设备j对应...tk与发声设备 k 对应；其中，1、j、k G (l、2...n)；则:计算时间差:S tij-t1-tj ； 8 tjk=tj-tk ； 计算距离差:S Sij=VX 6 tiJ ； 6 Sjk=VX 6 tJk ;其中，V为声音在空气中传播速度； 以发声设备i和发声设备j的位置坐标分别作为双曲线焦点，以S Sij作为双曲线的半实轴长，根据S 的正负值，建立双曲线分支％ ； 同理，以发声设备j和发声设备k的位置坐标分别作为双曲线焦点，以8 sJk作为双曲线的半实轴长，根据S tJk的正负值，建立双曲线分支； S5，判断双曲线分支％和双曲线分支《2是否合理，如果合理，则求解双曲线分支和双曲线分支在室内范围内的交点坐标，该交点坐标即为所述手持移动设备的位置坐标； 如果不合理，则改变1、j、k的值，重新计算获得两条双曲线分支，然后重复本步骤。2.根据权利要求1所述的基于声音信号利用双曲线交叉定位的室内定位方法，其特征在于，S2中，时间间隔Tl为IOOms ； 所述特定音频信号段通过以下方式产生:首先产生时间长度为5ms的2kHz正弦音频信号；再紧接着产生时间长度为20ms的频率随时间线性增加的音...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雨新，杨磊，
申请(专利权)人：北京凯华信业科贸有限责任公司，
类型：发明
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