[发明专利]基于智能终端和超声波通信的异步室内定位方法

说明书

本发明公开了一种基于智能终端和超声波通信的异步室内定位方法，该方法利用现有的硬件设备，主要是利用扬声器或者带有扬声器的智能终端(如手提电脑等)作为室内信号发射节点，对经过调制使超声波信号携带上信息并进行广播，同时利用携带麦克风的智能终端(如智能手机终端、智能手表终端等)作为接收端，控制麦克风搜索并接收超声波信号，接收信号经过解调可获取信息；若收到3个或以上的超声波信号，利用数字解调的信息计算出各超声波传输时延，采用空间定位运算方法可以获得智能终端的准确位置，实现室内定位。具有成本低、实施方便、应用简单的优点。

技术领域

本发明涉及超声波通信以及室内定位技术领域，具体涉及一种基于智能终端和超声波通信的异步室内定位方法。

背景技术

在很多大型商业中心，人们在里面休闲娱乐的时候经常无法清晰得知目的地的具体位置，并且大型商场人来人往，容易出现和朋友或孩子走散的情况；其次类似在一些大型的室内展览会等情况下，通常因为不了解它的结构布局无法快速获取目的展位具体位置，室内定位技术的出现可以较好地解决此类问题。

全球定位系统(GPS)是迄今为止最常见的定位系统，它使用来自同步轨道卫星的信号来计算相对于地球坐标系的三维位置。由于GPS信号微弱，穿透性不强，导致在室内无法起作用，而多数用户生活和工作的时间大部分都是处于室内环境中，现有研究技术通过增加信号接收机和在室内添加大量信号节点把GPS信号作用范围扩展至室内，这样的做法不但成本过高，工作量大，而且精确度会下降。

此外，WiFi技术是现在应用最广的室内定位技术，一般采用指纹匹配方法实现，其原理是在定位区域设置多个WIFI发射节点，手机在某个位置接收到WIFI节点的信号强度是一个固定值，把接收到的多个信号强度值形成一个序列作为位置指纹，不同位置的位置指纹不一样，形成指纹库。在定位时，将接收到的信号强度值去匹配指纹库中的指纹，从而确定其位置。若要增加定位精度，必须通过设置更多的WIFI节点增加指纹库的容量。但是，随着WIFI节点数目的增加，WiFi传输干扰增大，导致定位精度下降，只能达到2米左右，这样的矛盾制约着WIFI室内定位技术的发展。蓝牙信标技术是一种低功耗的室内定位技术，精确度相对于WiFi技术更好，但是蓝牙技术在复杂的环境中很不稳定，受到噪声信号干扰大，传播范围很小。

现有超声波室内定位技术大部分都是利用了超声波信号的测距特性，并不携带信息，在室内安装特定的发射节点，通过超声波的发射和接收得到多个发射节点到达目标节点的时间差，结合发射结点的坐标可以确定接收端的位置。因此，需要多个发射节点同时发射超声波信号，这要求有一个额外的终端控制多个发射节点同时发射超声波信号或者多个发射节点通过同步协议实现时间同步，实现起来比较复杂。

研究表明，人类最大可以听到高达19～20kHZ的音频，现有的智能手机、手提电脑等等电子设备上的麦克风和扬声器可以发射和检测高达24kHz的音频。因此，利用室内已有扬声器作为室内信号发射节点，利用配备麦克风的智能终端作为接收端，就可以利用高出人类听觉4kHz带宽的信号进行超声波通信实现室内定位技术，而不需要特别增加其他复杂的硬件设备。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于智能终端和超声波通信的异步室内定位方法，利用室内扬声器发射20KHz以上的超声波，利用配备扬声器的移动设备接收超声波并进行解调，获得用户位置和相关信息；如果智能终端收到3个或3个以上的超声波信号，利用超声波携带的时间戳信息计算超声波信号的传输时延，然后采用空间定位算法获得智能终端的位置，可以实现准确定位。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于智能终端和超声波通信的异步室内定位方法，采用扬声器作为室内信号发射节点发射携带位置信息的超声波信号，并且利用智能终端的麦克风作为接收端，所述的异步室内定位方法包括：

室内信号发射节点进行超声波信号的调制与发射步骤，过程如下：