[发明专利]一种音频室内定位系统基站自标定方法

说明书

本发明为一种音频室内定位系统基站自标定方法，其实现方式为：将接收标签置放于每个基站下方h米处，接收基站发送的音频信号；利用音频检测算法检测基站发射音频到达接收标签的时间，计算基站之间的到达距离差；根据音频基站和接收标签放置位置的几何关系以及基站之间的到达距离差信息列出方程，解算各基站相对坐标；根据已知任一基站的真实坐标，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，实现基站的自标定。本发明仅需借助简单的辅助测量手段测量音频基站和接收标签的高度差h，结合基站之间的到达距离差信息，即可得到基站的三维坐标。本发明操作简便，可节省测量基站坐标的人力物力、降低定位系统布设难度，拓展了音频室内定位的应用场景。

技术领域

本发明涉及一种音频室内定位系统基站自标定方法，属于室内定位和导航领域。

背景技术

随着经济发展和信息化的普及，基于室内定位的服务在安防、医疗、家庭监护及商业推广上具有巨大的应用前景。目前常见的室内定位技术有基于蓝牙、WiFi、UWB、RFID等无线传输协议的技术和基于音频、PDR、视觉和光源等的技术，每种技术都有着各自的特点。其中，音频室内定位技术因其覆盖范围广、定位精度高、鲁棒性以及低成本等优点，近年来成为了室内定位领域的研究热点。

音频室内定位系统(曹帅.面向智能移动终端的音频室内定位关键技术研究[D].中国科学技术大学,2020.)一般由音频发射基站和接收标签组成，实现方案为：提前布设音频发射基站，基站发射调制后的音频信号，接收标签接收到发射的音频信号后执行音频检测算法，计算出音频到达时间差等信息，结合基站坐标并通过定位算法计算出接收标签的坐标。尽管音频室内定位系统能够得到分米级的高精度定位结果，其在基站布设时需通过全站仪等设备逐一标定基站的坐标，操作繁琐，不利于音频室内定位系统的推广应用。因此，实现基站坐标的自标定是音频室内定位系统落地过程中亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，实现音频室内定位系统基站自标定。首先，在基站布设时，仅需简单的辅助测量，即可得到基站的相对坐标；随后，若已知任一基站的真实坐标，可结合基站相对坐标和坐标变换，得到各基站的真实坐标，即实现基站的自标定。此音频基站坐标自标定方法可节省测量基站坐标的人力物力，降低定位系统布设的难度，有利于音频定位系统的推广使用。

本发明技术解决方案：一种音频室内定位系统基站自标定方法。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(RangeDifference of Arrival，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，结合解算出的基站的相对坐标，可通过坐标变换得到各基站的真实坐标。

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，利用基于源信号互相关函数波形特征的音频检测算法检测基站S1、S2、S3发射音频到达标签的时间，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)