[發明專利]一種基于5G信號和聲波信號的電子設備室內定位系統和方法

有效

• 申請號: 202210022292.3
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114339600B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 郭光毅;陳銳志;徐詩豪;錢隆;李正
• 申請（專利權）人: 浙江德清知路導航科技有限公司
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/021;H04W4/33;H04W56/00;H04W64/00;H04W84/18;G01S5/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

1.一種電子設備室內定位方法，其特征在于，所述電子設備室內定位方法包括：

在待定位區域放置多個聲波信號發射裝置，裝置間通過時間同步自組網，聲波發射裝置以自適應的時間周期和時間間隔向外播發預定方式調制的音頻信號；配合聲波信號發射裝置放置情況，將待定位大區域劃分成多個中型區域，并獲取劃分的微型小區域的參考點的角度信息；預先將各個微型小區域中參考點的5G信號信息、聲波信號信息和相應小區域的位置信息保存在指紋庫中；

使得當有被定位電子設備在該區域時，通過估計指紋庫中相應的信息，并進行匹配，確定該電子設備所在的區域；基于匹配的定位區域，確定接收聲波信號發射微基站坐標，提取定位信號源，計算各定位信號從各自發射器到接收端電子設備的傳播時間進而計算出各信號源發射微基站到定位終端的幾何距離差，最終確定電子設備的精確位置；

所述電子設備室內定位方法包括以下步驟：

步驟一，在待定位區域內放置多個聲波信號發射裝置，裝置通過無線同步模塊進行自動部署組網，并按照設定的時間播發預先調制的聲波信號；

步驟二，配合聲波信號發射裝置放置情況，將待定位大區域劃分成多個中型區域，預先將各個中型區域中參考點的聲電多維指紋特征向量和相應區域的平面位置和樓層信息建立對應關系，保存在指紋庫中；

步驟三，使得當有被定位電子設備在該區域時，通過估計指紋庫中相應的信息，并進行匹配，確定該電子設備所在的區域；

步驟四，基于匹配的定位區域，接收聲波信號發射微基站坐標，提取定位信號源，計算各定位信號從各自發射器到接收端電子設備的傳播時間差進而計算出各信號源發射微基站到定位終端的幾何距離差，最終確定電子設備的精確位置；

所述步驟二中的聲電多維指紋特征向量包括5G定位基站陣列接收到的多天線RSSI數據向量；對聲波信號進行捕捉和粗同步，并周期獲取聲波信號，通過STFT計算全局能量密度矩陣，結合聲波頻率調制信息，將其壓縮為一維能量密度向量；具體包括：

聲電多維指紋特征向量Ψ＝[Υ,Φ]^T包括：5G定位基站陣列接收到的多天線RSSI數據向量Υ、固定周期內聲波信號的一維能量密度向量Φ；

在定位區域覆蓋的5G基站，每個基站具有一組天線陣列，依次接收到來自定位區域電子設備發射的RSSI數據向量Υ＝(Υ_1,1,Υ_1,2,…Υ_1,i…Υ_k,i)，RSSI表達為：

其中，P_T為發射功率，K_i為在自由空間中距離第k個5G基站第i個天線為d₀處使用全向天線時的增益，r_k,i為發射機到第k個5G基站的路徑損耗因子，d_i為發射機到第k個5G基站第i個天線的距離，d₀為參考距離，為用于表征陰影衰落的隨機變量；

對聲波信號進行捕捉和粗同步，并周期獲取聲波信號，通過STFT計算全局能量密度矩陣：

結合聲波頻率調制信息，將其壓縮為一維能量密度向量Φ＝G^TΠ，其中：

G^*＝arg?max?Tr(G^Tcov(Π)G)；s.t?GG^T＝I；

使得當有被定位電子設備在該區域時，實時計算聲電多維指紋特征向量，遍歷聲電多維指紋特征庫做KNN分類，選取分類結果，進行中型區域投票，確定電子設備當前所處中型區域和樓層。

2.如權利要求1所述電子設備室內定位方法，其特征在于，所述步驟二中的聲電多維指紋庫將各個中型區域中參考點的聲電多維指紋特征向量與參考點的平面位置和樓層信息一一對應，并在定位階段成功后，經過校驗對聲電多維指紋特征庫進行更新。

3.如權利要求1所述電子設備室內定位方法，其特征在于，所述步驟三包括服務器周期解算實時聲電多維指紋特征向量，在線執行匹配，以歐幾里得度量比較實時特征向量與數據庫的數據的互相關程度，通過聚類方法對候選區域點進行加權平均確定電子設備所處區域，并通過網絡發送給電子設備。