[发明专利]一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法

权利要求书

1.一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，用于采用数字机制的声波信号进行周期性发射，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设计声波信号帧的结构和用于同步的起始帧的信息内容；

S2：对起始帧进行粗同步；其具体步骤如下：

S2.1：声波信号接收端提取数据流进行分析并设定滑动窗口，滑动窗口每滑动一次进行一次短时傅里叶变换(STFT)频谱成分分析；其中滑动窗口的长度等于码元信号部分持续时长T_Sig；

S2.2：从步骤S2.1的结果中取出有效频率f_δ对应频点的频域值与阈值进行比较，检测是否大于等于阈值，如果小于阈值则窗口继续以原步长滑动；

如果大于等于阈值，则窗口分别向前、向后继续滑动并检测f_δ频率信号，根据初始捕获信号有效判据检验其是否符合有效信号特征，当符合有效信号特性时便判决初始捕获信号有效，判决窗口停止滑动；

S2.3：取初始捕获窗口、初始捕获窗口前移初始捕获窗口后移三者中最大的STFT频域值对应的窗口位置作为粗同步输出结果；此外，根据搜索窗口滑动方向判据给出下一步进行细同步的窗口滑动方向；

S3：对起始帧进行细同步。

2.根据权利要求1所述的一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，其特征在于，步骤S1所述声波信号帧的结构包括起始帧、数据帧和结束帧。

3.根据权利要求1所述的一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，其特征在于，步骤S1所述起始帧的信息内容包括信标节点的标识号。

4.根据权利要求3所述的一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，其特征在于，所述信标节点的标识号采用2FSK调制方式。

5.根据权利要求1所述的一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，其特征在于，步骤S2.1所述的码元包括信号部分和置空部分。

6.根据权利要求1所述的一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，其特征在于，步骤S2.2所述初始捕获信号有效依据为对初始捕获信号，若满足以下条件则判定初始捕获信号有效：

初始窗口位置、初始窗口位置前移初始窗口位置后移三个窗口内的信号STFT频谱值中，最大的频谱值与第二大的频谱值之和大于等于最小频谱值的3倍。

7.根据权利要求1所述的一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

S3.1：取判决窗口的长度为码元信号部分持续时长T_Sig，由设计要求确定判决窗口的滑动步长T_Precise；

S3.2：判决窗口以粗同步位置为起点，沿着粗同步确定的滑动方向以T_Precise为步长滑动，每滑动一次计算一次窗内信号的STFT频谱值并存储；

S3.3：根据窗口滑动方向正确性判据检验滑动方向是否正确，若方向不正确则调整为窗口从粗同步位置开始沿相反方向滑动；若沿着相反方向STFT频谱值仍然递减，则该位置为细同步结果，提前结束细同步；

S3.4：滑动方向正确后，检测是否达到最大滑动次数N_max，未达到则继续滑动窗口、计算STFT频谱值并存储；达到最大滑动次数N_max后，以粗同步位置为起点沿着滑动方向计算连续m个判决窗口的有效频点STFT频谱值之和，m为大于等于3的奇数；

S3.5：搜索连续m个判决窗口的有效频点STFT频谱值之和最大的一组，该组窗口中居中的一个窗口即为与码元信号部分最吻合的窗口，该位置作为细同步输出结果。