[发明专利]一种用于声波室内定位系统的声波信号编码方法

说明书

本发明公开了一种用于声波室内定位系统的声波信号编码方法，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：设计声波信号的码元结构、设计声波信号的帧结构、建立完整的信号帧之间的隔离机制，有效解决了室内定位系统中对声波信号进行编码这一个关键的技术问题。

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系统的声波信号编码方法。

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，如何针对声波信号进行编码是一个关键技术问题，涉及到能否对声波信号进行良好的捕捉和判决、能否获取定位所需的信标坐标信息和到达时间信息，并且编码设计方案的合理性直接影响解码的难易程度及解码效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于声波室内定位系统的声波信号编码方法，解决声波室内定位中如何对声波进行编码这一关键技术难题。

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系统的声波信号编码方法，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：设计声波信号的码元结构；

S2：设计声波信号的帧结构；

S3：建立完整的声波信号帧的隔离机制。

在上述方案中，码元结构包括信号部分和置空部分，其中设计置空部分的原因包括余振效应和信号到达时间错位的影响。

其中信号部分的设计包括以下步骤：

S1.1：确定定位环境中信标的布局和信标间的距离；

S1.2：对于采用TDOA算法的定位系统，确定移动节点到信标节点的最大距离差⊿L_max，由于三角形的两边之差小于第三边，因此⊿L_max等于信标间的最大距离；对于采用TOA算法的定位系统，确定移动节点与信标的最大距离L_max；

S1.3：设定声波速度为c，对于采用TDOA算法的定位系统，确定信号到达的最大时间差对于采用TOA算法的定位系统，确定移动节点与信标的最大传播时间

S1.4：确保最大时间差⊿t_max或最大传播时间t_max不得超过一个码元时长的α倍， 0＜α＜1， 由此求出码元的持续时长；

码元中信号部分时长的确定公式为

其中置空部分时长大于或等于2倍信号部分时长；其中T_Null为置空部分时长，T_sig为码元中信号部分时长。