[发明专利]一种用于声波室内定位的声波信号帧码率调整方法

说明书

本发明公开了一种用于声波室内定位的声波信号帧码率调整方法，用于采用数字机制的声波信号进行周期性发射，包括以下步骤：首先设计声波信号的帧结构；然后设置信标节点优选码率集合，根据已知的信标节点位置信息推导码元时长，并在优选码率集合中选择最优码率对信标节点进行设置；根据优选码率集合预设移动节点的可用码率，移动节点在定位过程中根据STFT谱估计出码元时长，并自适应地在优选码率集合中选择最接近的码率，实现码率判决。该方法有效解决了声波室内定位中声波信号帧码率调整这一关键技术问题，确保解码可靠性的同时达到提高码速率的设计目标，进而缩短定位周期、提高定位性能。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，更具体地，涉及一种用于声波室内定位的声波信号帧码率调整方法。

背景技术

随着移动互联网的发展和智能移动终端的普及，基于位置的服务得到广泛关注，其应用已经极大改变了人们的生活，定位技术有着巨大的需求和广阔的前景，在室外，GPS定位技术得到广泛应用，但在室内GPS信号衰减过大，难以实现有效的定位。但是，在大型购物中心、会展馆、图书馆、博物馆、医院、机场、大型停车场、地下采矿业区等室内场所，对室内定位技术存在着迫切需求。室内定位技术可以实现人、物的定位与追踪，也可以实现各种基于位置的服务，研究意义和市场价值非常大，因此吸引了国内外众多研究者投身于这一领域，室内定位技术已成为研究热点。

目前已经提出多种室内定位技术，有基于WiFi、射频标签(RFID)、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(UWB)、超声波、计算机视觉等技术，但由于技术复杂性、成本等方面的制约，这些技术并没有得到大规模应用。利用声波进行室内定位可充分利用室内场所的音频设备和广泛应用的智能手机等移动终端自带的麦克风和处理器等资源，此外，声波属于机械波，其传播速度比电磁波慢得多，因此利用声波进行室内定位对系统同步的要求低，这也降低了系统成本。可见，声波室内定位是一种低成本、推广性好的定位方法。

声波室内定位技术中，声波信号帧的码率调整是一个关键的技术问题，涉及能否根据定位环境的不同调整码元长度，以提高码率并降低误码，进而缩短定位周期和提高定位性能。本发明提供一种用于声波室内定位的信号帧码率调整方法，解决了声波室内定位中的这一关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于声波室内定位的声波信号帧码率调整方法，解决声波室内定位中声波信号帧的码率调整这一关键技术问题。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种用于声波室内定位的声波信号帧码率调整方法，用于采用数字机制的声波信号进行周期性发射，包括以下步骤：

S1：设计声波信号的帧结构；

S2：设置信标节点优选码率集合，根据已知的信标节点位置信息推导码元时长，并在优选码率集合中选择最优码率对信标节点进行设置；

S3：根据优选码率集合预设移动节点的可用码率，移动节点根据STFT谱估计出码元时长，并在优选码率集合中自适应地选择最接近的码率，实现码率判决。

声波的频率范围是20～20kHz，考虑到室内环境下声波信号可能对人耳听觉产生干扰，应优选人耳听觉不敏感的频段，即小于但接近于20kHz频段的声波信号。

本发明选择二进制频移键控2FSK作为声波信号的调制方式。

一个码元包括信号部分和置空部分两部分，该结构可保证信息传输的稳定性、可靠性和信号解码的成功率，其中，信号部分持续时长为T_Sig，置空部分持续时长为T_Null。

一个完整的信号帧由一个起始帧、一个数据帧和一个结束帧组成。起始帧用于移动节点判决信标节点信号的到达、进行同步捕捉和测量各信标信号的到达时间信息。数据帧用于发送各信标节点的坐标信息。结束帧用于指示移动节点信号帧的结束。