[发明专利]一种音频室内定位系统基站自标定方法

权利要求书

1.一种音频室内定位系统基站自标定方法，其特征在于：所述方法在音频基站布设时，通过音频在基站和接收标签之间的传输获得基站到标签的RDOA(Range Difference ofArrival，到达距离差)信息，并利用标签与基站的空间几何关系，解算出各基站的相对坐标；若已知任一基站的真实坐标，可结合解算出的基站相对坐标，通过坐标变换得到各基站的真实坐标；所述方法具体包括如下步骤：

步骤1：将音频定位系统的N个基站S1、S2、S3、……、SN布设在室内，以基站S1为坐标原点、过基站S1竖直向下为Z轴、基站S1布设的墙面为XOZ平面，建立三维坐标系V，并设基站S1、S2、S3、……、SN的相对坐标分别为(0,0,0)、(x₂,y₂,h₂)、(x₃,y₃,h₃)、……、(x_N,y_N,h_N)；

步骤2：将接收标签P放置于基站S1正下方距离基站h米的P1处，采用辅助手段测得h值，利用P采集一定时长的音频数据，采用基于源信号互相关函数波形特征的音频检测算法计算基站S1、S2、S3发射音频到达标签的时间，并利用下式计算基站到标签的距离差：

P1_RDOA_S1S2＝|P₁S₂|-|P₁S₁|＝c·(t_P1S2-t_P1S1)

其中，P1_RDOA_S1S2为基站S1、S2到接收标签的距离差，|P₁S₁|为P1、S1的距离，|P₁S₂|为P1、S2的距离，c为声音在空气中的速度，t_P1S1为基站S1发射音频到达放置在P1的接收标签的时间，t_P1S2为基站S2发射音频到达放置在P1的接收标签的时间；同理计算出基站S1、S3到接收标签的距离差P1_RDOA_S1S3；

进一步地，将接收标签P放置于基站S2下方距离基站h米的P2处，采集一定时长的音频数据，采用检测算法检测S1、S2、S3基站发射音频到达放置在P2的接收标签的时间，并计算出基站S2、S1到接收标签的距离差P2_RDOA_S2S1以及基站S2、S3到接收标签的距离差P2_RDOA_S2S3；

进一步地，将接收标签P放置于基站S3下方距离基站h米的P3处，采集一定时长的音频数据，采用检测算法检测S1、S2、S3基站发射音频到达放置在P3的接收标签的时间，并计算出基站S3、S1到接收标签的距离差P3_RDOA_S3S1以及基站S3、S2到接收标签的距离差P3_RDOA_S3S2；

进一步地，将接收标签P放置于基站Si下方距离基站h米的Pi处，采集一定时长的音频数据，利用检测算法检测基站S1、S2、S3、Si发射音频到达接收标签的时间，计算出基站Si、S1到接收标签的距离差Pi_RDOA_SiS1、基站Si、S2到接收标签的距离差Pi_RDOA_SiS2、基站Si、S3到接收标签的距离差Pi_RDOA_SiS3，4≤i≤N；

步骤3：根据基站S1、S2、S3与放置位置P1、P2、P3的位置关系，结合P1_PDOA_S1S2、P1_PDOA_S1S3、P2_RDOA_S2S1、P2_RDOA_S2S3、P3_RDOA_S3S1、P3_RDOA_S3S2，列出下列方程：

(h+P2_RDOA_S2S3)²＝(x₂-x₃)²+(y₂-y₃)²+(h+h₂-h₃)²

(h+P3_RDOA_S3S2)²＝(x₃-x₂)²+(y₃-y₂)²+(h+h₃-h₂)²

联立以上六个方程，解算出基站S2的相对坐标(x₂,y₂,h₂)和基站S3的相对坐标(x₃,y₃,h₃)；进一步地，对于基站Si，根据基站S1、S2、S3、Si和点Pi的位置关系，结合Pi_RDOA_SiS1、Pi_RDOA_SiS2、Pi_RDOA_SiS3，列出下列方程：

(h+Pi_RDOA_SiS2)²＝(x_i-x₂)²+(y_i-y₂)²+(h+h_i-h₂)²

(h+Pi_RDOA_SiS3)²＝(x_i-x₃)²+(y_i-y₃)²+(h+h_i-h₃)²

联立上面三个方程，可解算出基站Si(4≤i≤N)的相对坐标(x_i,y_i,h_i)；

步骤4：若已知任一基站Sj的真实坐标为(X,Y,H)，坐标系V可通过旋转平移转化为真实坐标系，则基站Si的真实坐标由下列变换得到，1≤i≤N，1≤j≤N；

其中，(x_j,y_j,h_j)为基站Sj的相对坐标，(x_i,y_i,h_i)为基站Si的相对坐标，(x′_i,y′_i,h′_i)为基站Si的真实坐标，MR为坐标系V到真实坐标系的旋转矩阵为其中，α为V变换成真实坐标系时沿X轴旋转的角度，β为V沿Y轴旋转的角度，γ为V沿Z轴旋转的角度，为平移矩阵；

最终，通过以上步骤可得到基站S1、S2、……、SN的真实坐标，实现基站的自标定。