[发明专利]一种自同步的声学位置感知系统

说明书

本发明公开了一种自同步的声学位置感知系统，包括一个主基站和多个从基站，主基站和各从基站的坐标是已知的，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；待测目标求解得到目标与各基站间的距离差信息，并根据距离差信息实时求解自身位置。上述系统是利用声学器件本身实现自同步，与之前的同步方式相比，避免了复杂的连线和射频干扰。

技术领域

本发明涉及定位与导航技术领域，尤其涉及一种自同步的声学位置感知系统。

背景技术

位置感知技术按照定位所使用的信号类型，主要分为射频、运动信号、地磁、图像和音频，每种技术都有着自身的特点。基于射频的主要有蓝牙、WIFI、UWB等，基于接收信号强度指示的蓝牙和WIFI定位技术通常采用信号衰减模型测距或指纹法实现定位，缺点是定位精度低(米级)、指纹离线采集和更新的工作量较大、信号衰减模型极易受环境的干扰。基于天线阵列的信号到达角、基于WIFI的往返时间和通道状态信息、基于UWB测距等位置感知技术可提供厘米级至亚米级的高精度定位，但需要无线基站和智能终端支持相关协议，布设复杂度高，且广范围覆盖需要极高的成本。基于运动信号的行人航位推算(PDR)和地磁均具有无需额外基础设施、与手机兼容的优势，但前者存在累积误差，无法实现长时间的精确定位，常需与其它定位技术结合，后者定位精度较低(米级)，且需要离线采集室内地磁场的分布。基于图像的计算机视觉定位方法可实现目标的高精度定位，但需要预先建立图像特征库，硬件成本高且计算复杂，性能易受环境纹理和拍摄条件的影响。

基于音频的位置感知技术利用声学器件如麦克风、扬声器实现定位，为支持高并发，通常采用基站发射音频、终端接收处理的架构，上述基于音频的位置感知技术通常采用基于信号到达时间差(Time Difference of Arrival,TDoA)，即各声学基站发射的音频到达目标的时间差，实现目标定位与导航。TDoA的精确检测是保证声学位置感知系统性能的关键，这除了需要目标能精确检测音频到达时刻外，还需要各声学基站之间高精度的同步，现有技术中的声学位置感知系统通常使用无线或有线的方式实现同步，其中无线同步主要利用射频实现基站与基站间或基站与目标间的同步，有线同步主要利用连接线实现基站与基站间的同步，上述同步方式的缺点分别是无线存在射频干扰，有线则存在布设困难的现象，且两者同步的成本都较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种自同步的声学位置感知系统，该系统是利用声学器件本身实现自同步，与之前的同步方式相比，避免了复杂的连线和射频干扰，且大大降低了同步成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自同步的声学位置感知系统，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。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述系统是利用声学器件本身实现自同步，与之前的同步方式相比，避免了复杂的连线和射频干扰，且大大降低了同步成本。

附图说明