[發(fā)明專利]基于擴(kuò)頻聲波的室內(nèi)定位方法及定位系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011344603.5
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112379331A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王帥帥;賈學(xué)東;陳國軍;陳琦;朱蕊;王文瑜;魏暉;何婷;張志龍;樊禮謙
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué);鄭州信大先進(jìn)技術(shù)研究院;鄭州艾普世科技有限公司
• 主分類號: G01S5/26
• 分類號: G01S5/26;G01C21/20
• 代理公司: 鄭州金成知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭增欣

本發(fā)明公開了一種基于擴(kuò)頻聲波的室內(nèi)定位方法及定位系統(tǒng)，網(wǎng)格化室內(nèi)空間，并建立相應(yīng)的坐標(biāo)系；在室內(nèi)邊緣安裝至少兩個(gè)基站；基站采用偽隨機(jī)序列對聲波信息數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送出去；基站接收進(jìn)行相干解調(diào)后，得到混合的偽隨機(jī)序列；進(jìn)行自相關(guān)分析，識別各個(gè)基站的聲波信號并且進(jìn)行到達(dá)時(shí)間的提取；由時(shí)間信息得到兩者之間距離，由至少三個(gè)距離信息，通過三球相交法確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，完成定位解算；本發(fā)明通過采用可聞聲波的定位方法，對于沒有播放系統(tǒng)的室內(nèi)場所，發(fā)聲裝置布置簡單且不用對空間環(huán)境進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)，由發(fā)聲裝置和接收裝置進(jìn)行定位，對于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位導(dǎo)航的高精度、穩(wěn)定可靠定位和大面積應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及室內(nèi)定位領(lǐng)域，特別是涉及一種基于擴(kuò)頻聲波的室內(nèi)定位方法。

背景技術(shù)：

隨著城市現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，人們越來越多的活動都在室內(nèi)進(jìn)行。室內(nèi)位置服務(wù)的需求在快速增加。比如，人員與物品的管理、室內(nèi)的停車導(dǎo)航、隧道中人員設(shè)備位置的確定、室內(nèi)場所人員引導(dǎo)與聚集度的判斷、商場店鋪路線導(dǎo)航等與日常生活相關(guān)的位置信息服務(wù)，越來越密切需要室內(nèi)定位導(dǎo)航服務(wù)。開發(fā)一種能夠滿足室內(nèi)高精度、穩(wěn)定可靠、大規(guī)模布設(shè)的定位方式，不僅具有重要的科學(xué)意義，并且對實(shí)現(xiàn)迫切需要的室內(nèi)定位導(dǎo)航具有社會應(yīng)用價(jià)值。

目前，對于室內(nèi)定位技術(shù)的研究非常熱門，也產(chǎn)生了一些較為成熟的方法和理論，比如紅外線室內(nèi)定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)、射頻識別（RadioFrequency Identification Devices，RFID)定位技術(shù)、超寬帶(Ultra Wide-band, UWB)定位技術(shù)、WiFi室內(nèi)定位技術(shù)等室內(nèi)定位技術(shù)。對主流的幾種室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行對比，主要從定位精度、抗干擾性、功耗、傳輸距離和布設(shè)成本進(jìn)行比較可知，目前的室內(nèi)定位系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位導(dǎo)航的高精度、低成本、易安裝、不受室內(nèi)光線電磁等環(huán)境影響還有許多亟待解決的問題。例如，紅外線定位易受室內(nèi)燈光影響；RFID室內(nèi)定位是依靠接收的信號強(qiáng)度的方式，對不同的室內(nèi)環(huán)境須提前建立不同的位置信息的指紋庫，并且易受到室內(nèi)環(huán)境變化的影響；超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)易受多徑效應(yīng)干擾，定位精度受影響，而且超寬帶收發(fā)設(shè)備造價(jià)高，不適合大規(guī)模布置等問題。如何實(shí)現(xiàn)高精度、穩(wěn)定、低成本的定位系統(tǒng)將是室內(nèi)定位研究的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過采用可聞聲波的定位方法，對于已布置有播放系統(tǒng)的室內(nèi)場所，通過改進(jìn)發(fā)射模塊，可快速實(shí)現(xiàn)定位，并且對于沒有播放系統(tǒng)的室內(nèi)場所，發(fā)聲裝置布置簡單且不用對空間環(huán)境進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)，由發(fā)聲裝置和接收裝置進(jìn)行定位，對于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位導(dǎo)航的高精度、穩(wěn)定可靠定位和大面積應(yīng)用具有重要意義的基于擴(kuò)頻聲波的室內(nèi)定位方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于擴(kuò)頻聲波的室內(nèi)定位方法，其特征是：步驟一、網(wǎng)格化室內(nèi)空間，并建立相應(yīng)的坐標(biāo)系；

步驟二、在室內(nèi)邊緣安裝至少兩個(gè)包括聲波信號接收端和聲波信號發(fā)射端的基站；

步驟三、聲波信號發(fā)射端采用偽隨機(jī)序列對聲波信息數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，再經(jīng)過BPSK載波調(diào)制發(fā)送出去；

步驟四、聲波信號接收端進(jìn)行相干解調(diào)后，得到混合的偽隨機(jī)序列；

步驟五、用相同本原多項(xiàng)式產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相同的偽隨機(jī)序列與收到的多路聲波信號和夾雜的噪聲信號進(jìn)行自相關(guān)分析，識別各個(gè)聲波信號發(fā)射端的聲波信號并且進(jìn)行信號到達(dá)時(shí)間的提取；

步驟六、由聲波信號發(fā)射端發(fā)送信號到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息，得到兩者之間距離，由三個(gè)及三個(gè)以上的距離信息，通過三球相交法確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，完成定位解算。

進(jìn)一步的，所述偽隨機(jī)序列為m序列，將同步的m序列作為有效數(shù)據(jù)，對每一個(gè)基站采用不同結(jié)構(gòu)的m序列進(jìn)行調(diào)制和聲波信號接收端相關(guān)解調(diào)，以實(shí)現(xiàn)不同基站的識別和到達(dá)時(shí)間的判定。