[发明专利]一种自同步的声学位置感知系统

权利要求书

1.一种自同步的声学位置感知系统，其特征在于，所述系统包括一个主基站和多个从基站，其中：

所述主基站和各从基站的坐标是已知的，在一个定位周期内，所述主基站首先发射定位音频信号；

各从基站在检测到主基站发射的定位音频信号后，分别检测该定位音频信号的到达时刻，同时待测目标也检测主基站发射的定位音频信号的到达时刻；

各从基站在检测到主基站发射的定位音频信号后，分别延迟设定的时间发射定位音频信号，由待测目标接收各从基站发射的定位音频信号，并检测出定位音频信号的到达时刻；

所述待测目标根据已知的声速、各基站间的距离、设定的延迟时间以及待测目标检测的主基站和各从基站发射定位音频信号的到达时刻，求解得到目标与各基站间的距离差信息，并根据所述距离差信息实时求解自身位置，实现对目标的定位。

2.根据权利要求1所述自同步的声学位置感知系统，其特征在于，基于所述系统，在一个定位周期内，所述待测目标实现定位的过程具体为：

假设在定位区域内有四个声学基站，分别用A、B、C和D进行表示，基站A为主基站，基站B、C和D为从基站，对应基站的坐标是已知的，具体过程为：

1)在一个定位周期内，基站A在T_A时刻发射定位音频信号；

2)基站B、C和D在接收到基站A发射的定位音频信号后，分别检测该定位音频信号的到达时刻，并分别用R_B、R_C和R_D表示；

同时，待测目标也检测基站A发射的定位音频信号的到达时刻，用R_AT表示；分别用t_AB、t_AC和t_AD表示基站A发射的音频到达基站B、C和D的用时，则有：

3)基站B从时刻R_B开始，延迟时间t_delayB后，即T_B时刻，开始发射定位音频信号，待测目标在时刻R_BT时刻接收到该定位音频信号，用时t_BT；

基站C从时刻R_C开始，延迟时间t_delayC后，即T_C时刻，开始发射定位音频信号，待测目标在时刻R_CT时刻接收到该定位音频，用时t_CT；

基站D从时刻R_D开始，延迟时间t_delayD后，即T_D时刻，开始发射定位音频信号，待测目标在时刻R_DT时刻接收到该定位音频，用时t_DT；

4)列出各时间、时刻之间的关系，如下式(2)所示，并计算出目标与每两个基站间的距离差；

根据式(2)进一步推到出式(3)：

在式(3)等号的两边同时乘以声速v得到式(4)：

其中，d_AT、d_BT、d_CT和d_DT分别是待测目标与基站A、B、C和D之间的距离；R_AT、R_BT、R_CT和R_DT是待测目标利用音频检测算法从接收的定位音频信号中提取的时刻信息；d_AB、d_AC和d_AD分别是基站A与基站B、C和D之间的距离；

在式(4)中，等式右边的d_AB、d_AC、d_AD、v、t_delayB、t_delayC、t_delayD是已知的，(R_BT-R_AT)、(R_CT-R_AT)和(R_DT-R_AT)是待测目标检测的时间间隔，是测量值，能根据采样点数和采样周期获得；

因此，式(4)左边的距离差信息被确定下来，包括待测目标与基站B和A之间的距离差(d_BT-d_AT)、待测目标与基站C和A之间的距离差(d_CT-d_AT)、待测目标与基站D和A之间的距离差(d_DT-d_AT)；

5)将利用式(4)得到的距离差信息代入基于到达时间差TDoA定位算法中求解得到待测目标的位冒，实现对目标的定位。