[发明专利]一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：首先设计声波信号帧的结构和用于同步的起始帧的信息内容；然后对起始帧进行粗同步；最后对起始帧进行细同步。该方法解决了声波室内定位中如何对声波信号帧进行同步这一关键技术问题，可以根据起始帧的同步结果直接判决码元的位置。

技术领域

本发明涉及声波室内定位领域，更具体地，涉及一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法。

背景技术

随着移动互联网的发展和智能移动终端的普及，基于位置的服务得到广泛关注，其应用已经极大改变了人们的生活，定位技术有着巨大的需求和广阔的前景，在室外，GPS定位技术得到广泛应用，但在室内GPS信号衰减过大，难以实现有效的定位。但是，在大型购物中心、会展馆、图书馆、博物馆、医院、机场、大型停车场、地下采矿业区等室内场所，对室内定位技术存在着迫切需求。室内定位技术可以实现人、物的定位与追踪，也可以实现各种基于位置的服务，研究意义和市场价值非常大，因此吸引了国内外众多研究者投身于这一领域，室内定位技术已成为研究热点。

目前已经提出多种室内定位技术，有基于WiFi、射频标签(RFID)、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(UWB)、超声波、计算机视觉等技术，但由于技术复杂性、成本等方面的制约，这些技术并没有得到大规模应用。利用声波进行室内定位可充分利用室内场所的音频设备和广泛应用的智能手机等移动终端自带的麦克风和处理器等资源，此外，声波属于机械波，其传播速度比电磁波慢得多，因此利用声波进行室内定位对系统同步的要求低，这也降低了系统成本。可见，声波室内定位是一种低成本、推广性好的定位方法。

声波室内定位技术中，声波信号帧的同步是一个关键技术问题，是对声波信号帧进行正确解调和解码等处理的基础和前提。本发明提供一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，解决了声波室内定位中的这一关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于声波室内定位的声波信号帧同步方法，解决声波室内定位中声波信号帧的同步这一关键技术问题。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

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，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；

S3：对起始帧进行细同步。

其中步骤S1所述声波信号帧的结构包括起始帧、数据帧和结束帧。

其中步骤S1所述起始帧的信息内容包括信标节点的标识号。

优选的是，所述信标节点的标识号采用2FSK调制方式。

步骤S2包括以下步骤：

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；

S2.3：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；