[發(fā)明專利]基于超聲的定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410013314.5
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103941228A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 林曉鋒;林曉維
• 申請（專利權）人: 先科研有限公司
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

1.一種基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，包括：

聲源，其發(fā)出強度可變的超聲；所述超聲的強度變化對于每一個聲源是獨特的并且其數(shù)值滿足以下準則：Nc>log_I(Ns)，其中，Nc為超聲的強度變化的數(shù)值，I為超聲的強度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來自環(huán)境的背景聲音和來自其他聲源的超聲；

位置檢測裝置，其基于超聲的頻率、強度變化或其兩者的組合來識別特定的聲源和來自該聲源的信息；在所述位置檢測裝置中裝載及運行有用于定位的應用程序，以將該超聲分解成對應不同聲源的信號分量，從而確定該超聲的強度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來定位該聲源與該位置檢測裝置的距離：I=k/r²，其中，k為預定義的常數(shù)，r為所述距離。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲的頻率大約在20～50kHz范圍。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲的強度在每一時間步長△T后改變到下一預設置的強度并且在所述時間步長△T的持續(xù)期間保持不變，所述時間步長△T為1ms到100ms之間；對不同聲源的周期預定義的強度變化模式設置成對具有持續(xù)時間為Nc×△T的每一Nc強度變化來重復。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲的強度具有一特定的強度變化模式，所述強度變化模式配置成具有基于偽隨機值的強度變化，使得所述強度變化基于偽隨機模式來生成；一個聲源設置成具有一種類型的偽隨機模式；一種類型的偽隨機模式與另一類型的偽隨機模式具有可忽略的相關性；一種類型的偽隨機模式與來自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關性；一種類型的偽隨機模式具有與其自身顯著的相關性；一種類型的所述偽隨機模式是偽隨機函數(shù)，所述偽隨機函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗證碼、高級加密標準或其組合。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信息是簡單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述位置檢測裝置包括用于接收超聲的麥克風、用于顯示所述信息的顯示設備和用于周期性記錄所述麥克風接收的超聲的時間窗；所述周期性與超聲的強度變化的時間步長的持續(xù)時間相匹配。

7.根據(jù)權利要求4所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，在該應用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機模式；所述應用程序通過將其所屬的位置檢測裝置所接收的超聲與存儲的偽隨機模式進行一一對比來分析該超聲，從而對該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號濾波處理以提取頻率在20～50kHz范圍的感興趣的信號以及將所述信號與存儲的偽隨機模式進行一一的相關性運算。

8.根據(jù)權利要求4所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述位置檢測裝置是移動設備，所述移動設備是智能手機、智能平板或膝上型計算機。

9.一種基于超聲的定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

S41、位置檢測裝置3接收來自聲源的超聲信號；

S42、位置檢測裝置3對接收的超聲信號進行數(shù)字濾波；

S43、位置檢測裝置3對超聲信號強度進行標準化；

S44、進行基于頻率的超聲信號識別；

S45、基于偽隨機模式的超聲信號識別；

S46、響應檢測的超聲信號。

10.根據(jù)權利要求9的基于超聲的定位方法，其特征在于，所述超聲信號的頻率大約在20～50kHz范圍且強度可變，所述強度在每一時間步長△T后改變到下一預設置的強度并且在所述時間步長△T的持續(xù)期間保持不變；所述時間步長△T為1ms到100ms之間；所述強度變化對于每一個聲源是獨特的并且其數(shù)值滿足以下準則：Nc>log_I(Ns)，其中，Nc為強度變化的數(shù)值，I為強度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；對不同聲源的周期預定義的強度變化模式設置成對具有持續(xù)時間為Nc×△T的每一Nc強度變化來重復；所述強度變化模式配置成具有基于偽隨機值的強度變化，使得所述強度變化基于偽隨機模式來生成；一個聲源設置成具有一種類型的偽隨機模式；一種類型的偽隨機模式與另一類型的偽隨機模式具有可忽略的相關性；一種類型的偽隨機模式與來自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關性；一種類型的偽隨機模式具有與其自身顯著的相關性；一種類型的所述偽隨機模式是偽隨機函數(shù)，所述偽隨機函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗證碼、高級加密標準或其組合；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來自環(huán)境的背景聲音和來自其他聲源的超聲；基于超聲的頻率、強度變化或其兩者的組合來識別特定的聲源和來自該聲源的信息；所述信息是簡單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息；所述位置檢測裝置包括用于接收超聲的麥克風、用于顯示所述信息的顯示設備和用于周期性記錄所述麥克風接收的超聲的時間窗；所述周期性與超聲的強度變化的時間步長的持續(xù)時間相匹配；在所述位置檢測裝置中裝載及運行有用于定位的應用程序，在該應用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機模式；所述應用程序通過將其所屬的位置檢測裝置所接收的超聲與存儲的偽隨機模式進行一一對比來分析該超聲，從而對該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號濾波處理以提取頻率在20～50kHz范圍的感興趣的信號以及將所述信號與存儲的偽隨機模式進行一一的相關性運算來將該超聲分解成對應不同聲源的信號分量，從而確定該超聲的強度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來定位該聲源與該位置檢測裝置的距離：I=k/r²，其中，k為預定義的常數(shù)，r為所述距離；所述位置檢測裝置是移動設備，所述移動設備是智能手機、智能平板或膝上型計算機。