[發明專利]一種用于聲波室內定位的聲波信號幀碼率調整方法

有效

• 申請號: 201710910307.9
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107819547B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 黃曉;岳銳;朱明;保延翔;郭東亮
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;G01S5/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明公開了一種用于聲波室內定位的聲波信號幀碼率調整方法，用于采用數字機制的聲波信號進行周期性發射，包括以下步驟：首先設計聲波信號的幀結構；然后設置信標節點優選碼率集合，根據已知的信標節點位置信息推導碼元時長，并在優選碼率集合中選擇最優碼率對信標節點進行設置；根據優選碼率集合預設移動節點的可用碼率，移動節點在定位過程中根據STFT譜估計出碼元時長，并自適應地在優選碼率集合中選擇最接近的碼率，實現碼率判決。該方法有效解決了聲波室內定位中聲波信號幀碼率調整這一關鍵技術問題，確保解碼可靠性的同時達到提高碼速率的設計目標，進而縮短定位周期、提高定位性能。

技術領域

本發明涉及室內定位技術領域，更具體地，涉及一種用于聲波室內定位的聲波信號幀碼率調整方法。

背景技術

隨著移動互聯網的發展和智能移動終端的普及，基于位置的服務得到廣泛關注，其應用已經極大改變了人們的生活，定位技術有著巨大的需求和廣闊的前景，在室外，GPS定位技術得到廣泛應用，但在室內GPS信號衰減過大，難以實現有效的定位。但是，在大型購物中心、會展館、圖書館、博物館、醫院、機場、大型停車場、地下采礦業區等室內場所，對室內定位技術存在著迫切需求。室內定位技術可以實現人、物的定位與追蹤，也可以實現各種基于位置的服務，研究意義和市場價值非常大，因此吸引了國內外眾多研究者投身于這一領域，室內定位技術已成為研究熱點。

目前已經提出多種室內定位技術，有基于WiFi、射頻標簽(RFID)、藍牙(Bluetooth)、超寬帶(UWB)、超聲波、計算機視覺等技術，但由于技術復雜性、成本等方面的制約，這些技術并沒有得到大規模應用。利用聲波進行室內定位可充分利用室內場所的音頻設備和廣泛應用的智能手機等移動終端自帶的麥克風和處理器等資源，此外，聲波屬于機械波，其傳播速度比電磁波慢得多，因此利用聲波進行室內定位對系統同步的要求低，這也降低了系統成本。可見，聲波室內定位是一種低成本、推廣性好的定位方法。

聲波室內定位技術中，聲波信號幀的碼率調整是一個關鍵的技術問題，涉及能否根據定位環境的不同調整碼元長度，以提高碼率并降低誤碼，進而縮短定位周期和提高定位性能。本發明提供一種用于聲波室內定位的信號幀碼率調整方法，解決了聲波室內定位中的這一關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于聲波室內定位的聲波信號幀碼率調整方法，解決聲波室內定位中聲波信號幀的碼率調整這一關鍵技術問題。

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種用于聲波室內定位的聲波信號幀碼率調整方法，用于采用數字機制的聲波信號進行周期性發射，包括以下步驟：

S1：設計聲波信號的幀結構；

S2：設置信標節點優選碼率集合，根據已知的信標節點位置信息推導碼元時長，并在優選碼率集合中選擇最優碼率對信標節點進行設置；

S3：根據優選碼率集合預設移動節點的可用碼率，移動節點根據STFT譜估計出碼元時長，并在優選碼率集合中自適應地選擇最接近的碼率，實現碼率判決。

聲波的頻率范圍是20～20kHz，考慮到室內環境下聲波信號可能對人耳聽覺產生干擾，應優選人耳聽覺不敏感的頻段，即小于但接近于20kHz頻段的聲波信號。

本發明選擇二進制頻移鍵控2FSK作為聲波信號的調制方式。

一個碼元包括信號部分和置空部分兩部分，該結構可保證信息傳輸的穩定性、可靠性和信號解碼的成功率，其中，信號部分持續時長為T_Sig，置空部分持續時長為T_Null。

一個完整的信號幀由一個起始幀、一個數據幀和一個結束幀組成。起始幀用于移動節點判決信標節點信號的到達、進行同步捕捉和測量各信標信號的到達時間信息。數據幀用于發送各信標節點的坐標信息。結束幀用于指示移動節點信號幀的結束。