[發明專利]一種用于聲波室內定位系統的聲波信號編碼方法

有效

• 申請號: 201710911410.5
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN108344974B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 郭東亮;李媛;朱明;保延翔;黃曉
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01S5/26
• 分類號: G01S5/26;G10L19/008;H04W4/02;H04W64/00;H04W4/33
• 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系統的聲波信號編碼方法，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：設計聲波信號的碼元結構、設計聲波信號的幀結構、建立完整的信號幀之間的隔離機制，有效解決了室內定位系統中對聲波信號進行編碼這一個關鍵的技術問題。

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系統的聲波信號編碼方法。

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，如何針對聲波信號進行編碼是一個關鍵技術問題，涉及到能否對聲波信號進行良好的捕捉和判決、能否獲取定位所需的信標坐標信息和到達時間信息，并且編碼設計方案的合理性直接影響解碼的難易程度及解碼效果。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于聲波室內定位系統的聲波信號編碼方法，解決聲波室內定位中如何對聲波進行編碼這一關鍵技術難題。

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系統的聲波信號編碼方法，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：設計聲波信號的碼元結構；

S2：設計聲波信號的幀結構；

S3：建立完整的聲波信號幀的隔離機制。

在上述方案中，碼元結構包括信號部分和置空部分，其中設計置空部分的原因包括余振效應和信號到達時間錯位的影響。

其中信號部分的設計包括以下步驟：

S1.1：確定定位環境中信標的布局和信標間的距離；

S1.2：對于采用TDOA算法的定位系統，確定移動節點到信標節點的最大距離差⊿L_max，由于三角形的兩邊之差小于第三邊，因此⊿L_max等于信標間的最大距離；對于采用TOA算法的定位系統，確定移動節點與信標的最大距離L_max；

S1.3：設定聲波速度為c，對于采用TDOA算法的定位系統，確定信號到達的最大時間差對于采用TOA算法的定位系統，確定移動節點與信標的最大傳播時間

S1.4：確保最大時間差⊿t_max或最大傳播時間t_max不得超過一個碼元時長的α倍， 0＜α＜1， 由此求出碼元的持續時長；

碼元中信號部分時長的確定公式為

其中置空部分時長大于或等于2倍信號部分時長；其中T_Null為置空部分時長，T_sig為碼元中信號部分時長。