CN107390163A - 移动设备及其定位设备和方法、以及区域限定***和方法 - Google Patents

移动设备及其定位设备和方法、以及区域限定***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了移动设备的定位设备、定位方法、移动设备、区域限定***以及区域限定方法。移动设备包括：超声波检测单元，检测经周期调制函数幅度调制的超声波；以及计数单元，对所检测的超声波进行分段计数以获得各段上的单位时间计数值，用于处理单元判定所述移动设备相对于限定区域的位置。当所述单位时间计数值在一个调制周期中的最大值不小于第一阈值且最小值大于第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域外。本发明可以方便且较准确和稳定地判定移动设备相对于限定区域的位置。

Description

移动设备及其定位设备和方法、以及区域限定***和方法
技术领域
本发明涉及移动设备的定位设备、对移动设备的定位方法、移动设备、移动设备的定位方法、区域限定***以及区域限定方法。
背景技术
在很多情况下，需要提供限定的区域来进行相应活动，例如举行会议、进行会展等。通常，在该限定区域内和外的设备具有不同的权限。当有设备进入或者离开该限定的区域时，相应的***或设备可以知道该信息。
现有技术中已存在利用调频超声波进行测距和定位的方法，然而这种方法需要检测精细的声波频率变化，实现困难。
发明内容
本发明的实施例提供了利用调幅超声波进行区域限定及设备定位的方案。
根据本发明的一个实施例，提供了一种移动设备，包括：超声波检测单元，检测经周期调制函数幅度调制的超声波；以及计数单元，对所检测的超声波进行分段计数以获得各段上的单位时间计数值，用于处理单元判定所述移动设备相对于限定区域的位置，其中当所述单位时间计数值在一个调制周期中的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期中的最小值大于第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域外。
根据本发明的另一实施例，提供了一种移动设备的定位方法，包括：检测经周期调制函数幅度调制的超声波；对所检测的超声波进行分段计数以获得各段上的单位时间计数值；基于所获得的单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置，其中当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值大于第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域外。
根据本发明的另一实施例，提供了一种移动设备的定位设备，包括：超声波发生装置，发射经周期调制函数幅度调制的超声波用于所述移动设备对其进行检测和分段计数以获得各段上的单位时间计数值；控制装置，从所述移动设备接收所述单位时间计数值并根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置，或者从所述移动设备接收所述移动设备根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置的判定结果，其中当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值大于第二阈值时，所述控制装置或所述移动设备判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，所述控制装置或所述移动设备判定所述移动设备位于所述限定区域外。
根据本发明的另一实施例，提供了一种对移动设备的定位方法，包括：发射经周期调制函数幅度调制的超声波用于所述移动设备对其进行检测和分段计数以获得各段上的单位时间计数值；从所述移动设备接收所述单位时间计数值并根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置，或者从所述移动设备接收所述移动设备根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置的判定结果，其中当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值大于第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域外。
根据本发明的上述实施例，通过对超声波进行幅度调制，可以获得相应的单位时间计数值分布，从而可以通过判断单位时间计数值分布的最大值和最小值两者是否满足预定阈值来方便且较准确和稳定地判定移动设备相对于限定区域的位置。
在上述实施例中，示例性地，所述经周期调制函数幅度调制的超声波满足：当利用位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测所述超声波并对其进行分段计数时所获得的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0。根据该示例，可以限定较为精细的边界。
根据本发明的再一实施例，提供了一种区域限定***，包括位于限定区域中的超声波发生装置、位于所述限定区域的设定边界上的超声波检测装置、以及控制装置，其中：所述超声波发生装置在所述控制装置的控制下发射经周期调制函数幅度调制的超声波；所述超声波检测装置检测从所述超声波发生装置发射的超声波，并向所述控制装置反馈关于所检测到的超声波的信息；并且所述控制装置根据所述超声波检测装置反馈的信息控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。
根据本发明的再一实施例，提供了一种区域限定方法，包括：位于限定区域中的超声波发生装置在控制装置的控制下发射经周期调制函数幅度调制的超声波；位于所述限定区域的设定边界上的超声波检测装置检测从所述超声波发生装置发射的超声波，并向所述控制装置反馈关于所检测到的超声波的信息；所述控制装置根据所述超声波检测装置反馈的信息控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。
根据本发明的实施例的区域限定***和区域限定方法能够为限定区域提供稳定的边界条件。示例性的，所述控制装置可以将当位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测到的超声波的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0时所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布设定为所述预定的区域边界条件。根据该示例，可以限定较为精细的边界。
附图说明
结合附图，从下面对实施例的描述中，本发明的这些和/或其他方面、特征和优点将变得清楚和更加容易理解，其中：
图1是本发明实施例的示例性应用场景；
图2是根据本发明实施例的包括移动设备的定位设备以及相应的移动设备的***级示意图；
图3示例性地示出了利用正弦波作为调制函数对超声波进行幅度调制的示意图；
图4示出了根据本发明实施例的示例性移动设备的结构框图；
图5示例性地示出了调制周期被划分为若干个计数段的说明图；
图6示例性地示出了一种对计数段中的超声波进行计数的方法；
图7示例性地示出了位于设定边界处的移动设备可获得的单位时间计数值分布；
图8示例性地示出了在对应于图7中的单位时间计数值分布A的调制深度的情况下移动设备在不同位置所获得的单位时间计数值分布；
图9示例性地示出了在对应于图7中的单位时间计数值分布B的调制深度的情况下移动设备在不同位置所获得的单位时间计数值分布；
图10示例性地示出了在对应于图7中的单位时间计数值分布C的调制深度的情况下移动设备在不同位置所获得的单位时间计数值分布；
图11示意性地示出了能够实现本发明的设备的处理或控制部件的示例性硬件结构图；
图12示出了根据本发明实施例的由移动设备执行的定位方法的流程图；
图13示出了根据本发明实施例的由定位设备执行的定位方法的流程图；
图14示出了根据本发明实施例的包括超声波检测装置的定位设备的结构示意图；
图15示出了根据本发明实施例的由定位设备执行的包括反馈步骤的定位方法的流程图；
图16示出了根据本发明实施例的区域限定***的结构示意图；
图17示出了根据本发明实施例的区域限定方法的流程图；以及
图18示出了根据本发明实施例的、包括示例性的区域边界条件设定步骤的区域限定方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例提供利用调幅超声波限定一限定区域以及进行移动设备定位的技术方案。该限定区域可以用于会议、展览等任何需要具有边界的区域的活动。通常，在限定区域内的设备和在该限定区域外的设备具有不同的权限，例如，限定区域内的设备可以使用区域内的各种服务，例如打印、接收数据等。图1是本发明的实施例的示例性应用场景。图1示出了具有一限定区域(图中以透明罩示意性地显示)的会议室，6名参会人员正在该限定区域中举行会议，并另有1人在该限定区域之外。该场景中划定该限定区域的意义可以在于，例如仅有在该区域内的设备才能通过无线接入点共享会议数据，而在该区域外的设备不能共享会议数据。因此，需要能够识别某一设备相对于该限定区域的位置，即，在区域内、区域外还是在边界上。根据本发明实施例的技术方案可以利用调幅超声波在该场景中限定出如图所示的限定区域，并且可以识别移动设备是否进入该限定区域。显然，图1仅是本发明实施例的应用场景的一个示例，本发明还可以应用于任何其它需要限定区域的场景中。
图2是根据本发明实施例的包括移动设备的定位设备201以及相应的移动设备202、203的***级示意图。在图2中，定位设备201包括超声波发生装置2011和控制装置2012。超声波发生装置2011可以是能够发射超声波的扬声器。超声波是指具有高于人耳能够听到的频率的声波，在本发明中优选采用刚好高于人耳能够听到的频率但能够被通常的驻极体话筒所接收的频率，例如20kHz。根据本发明的实施例，超声波发生装置2011所发出的超声波是经过周期性调制函数进行了幅度调制的超声波。图3示例性地示出了利用正弦波作为调制函数对超声波进行幅度调制的示意图。如图3中所示，将直流超声波作为超声载波，利用频率远低于(例如低2-4个数量级)该超声波的正弦波作为调制波对超声载波进行幅度调制，从而得到调幅超声波。需要说明的是，本发明中的调制函数并不限于正弦函数，而是可以使用任何其它合适的周期函数，例如，周期性重复的三角函数等从最小至最大值逐渐变化的函数。
从超声波发生装置2011发射的超声波向外传播而覆盖一限定区域204，例如，以超声波发生装置2011为中心的圆形区域。该限定区域204具有设定边界205，设定边界205是限定区域204的使用者所期望和设定的理论边界，可以通过控制从超声波发生装置2011发射的超声波而使得在设定边界205处该超声波满足预定的边界条件，以用于判定移动设备是否进入或离开限定区域204。需要说明的是，在根据一定规则对移动设备的位置进行判定时，考虑到误差容限，移动设备是否位于限定区域204内并不一定以该设定边界205为界。
图2中示意性地示出了两个移动设备202和203，移动设备202显示为位于限定区域204内，移动设备203显示为位于限定区域204外。移动设备202和203能够检测超声波发生装置2011发射的超声波，以判定其相对于限定区域204的位置，例如在其内、其外还是在其边界上。在本发明中，移动设备是指任意可以移动的电子设备，例如移动电话、平板电脑、笔记本电脑、智能手环等。
图4示出了根据本发明实施例的示例性移动设备400的结构框图。移动设备400可以表示图2中的移动设备202、203中的任一个。如图4所示，移动设备400可以包括超声波检测单元401、计数单元402以及处理单元403。超声波检测单元401可以检测从超声波发生装置2011发射的经周期调制函数幅度调制的超声波，其例如可以是驻极体话筒。计数单元402对所检测的超声波进行分段计数以获得各段上的单位时间计数值。具体地，如图5示例性地示出的，每个调制周期被划分为若干个计数段。例如，在从t0-t1周期中，划分出22个计数段C1-C22。每个计数段中包含若干超声频率周期。对每个计数段中的超声波进行计数，即测出每个计数段中的超声频率周期数，然后将各段测出的超声频率周期数除以相应计数段的时间长度即可得到单位时间计数值。对计数段中的频率周期数进行计数的方法可以有很多，例如可以采用如图6所示的计数方法。如图6所示，计数单元402可以在一个超声波周期中采样两个点，例如每半个周期采样一个点，并将一个周期中的两个采样点的幅值与一判决值进行比较，如果两个采样点的幅值一个大于判决值一个小于判决值，则计数器计一个数。这里的判决值例如可以是超声波在某一个计数段的平均幅值，其可以例如通过在对计数段进行计数前先测量该计数段之前的若干超声波周期的平均幅值而获得。
当计数单元402对超声波进行计数时，超声波的信噪比会影响计数值。当超声波在某个计数段中的信噪比较高(大于一阈值)时，计数单元402可以计出每个超声波频率周期，因而单位时间计数值将等于超声波的频率。然而，随着超声波信噪比的降低，计数值将随之降低，直至信噪比非常低时计数值为零，此时超声波信号完全淹没在噪声中。移动设备400与超声波发生装置2011的距离是影响超声波信噪比的重要因素。移动设备400距离超声波发生装置2011越近，其所接收到的超声信号越强，因而信噪比越好；相反，移动设备400距离超声波发生装置2011越远，其所接收到的超声信号越弱，信噪比也越差。因此，可以根据计数单元402所获得的计数值来判定移动设备400距离超声波发生装置2011的距离，因此可以获得移动设备400相对于限定区域204的位置。
在计数单元402获得了计数值后，处理单元403根据所获得的计数值判定移动设备400相对于限定区域204的位置。根据本发明的实施例，处理单元403根据计数值判定移动设备400的位置的具体标准如下：当单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且最小值大于第二阈值时，处理单元403判定移动设备400位于限定区域204内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，处理单元403判定移动设备400位于限定区域204外。在本发明的实施例中，移动设备400所检测的超声波是调幅超声波，因此，超声波的幅度以及信噪比在一个调制周期中是变化的，因而单位时间计数值也可以是变化的。在根据本发明的移动设备位置判定标准中，考虑单位时间计数值在一个调制周期中的最大值和最小值两者，从而增大判定的准确性和稳定性。
下面结合图7-图10示例性地具体说明本发明判定移动设备的位置的原理。在这些附图中，假定超声波的频率为N，调制函数为正弦函数，因此，当移动设备400对该超声波进行计数时，根据所接收的超声波的信噪比的不同，所得到的单位时间计数值可以不同，但其最大值不超过N，最小值不低于0。图7示出了位于设定边界处的移动设备可以获得的单位时间计数值分布。图7中的横轴为时间，纵轴为单位时间计数值，图7同时示出了计数值为最大单位时间计数值N、N/2以及0的纵轴位置。根据本发明的实施例，限定区域204的设定边界可以规定为平均单位时间计数值或中值单位时间计数值为N/2的位置。根据超声波调制深度的不同，当移动设备400位于限定区域204的设定边界处时，可以得到如图7所示的三种单位时间计数值分布A、B和C。单位时间计数值分布A表示超声波的调制深度较小，单位时间计数值分布A的波形与调制波形一致，且最大值小于N，最小值大于0。单位时间计数值分布B表示超声波的调制深度中等，单位时间计数值分布B的波形与调制波形一致，且最大值等于N，最小值等于0。单位时间计数值分布C表示超声波的调制深度较大，从而单位时间计数值分布C的波形不再与调制波形一致，而是顶部和底部具有截平，其原因在于，当接收的超声波的信噪比大于某一值时，单位时间计数值不再增大而是固定等于超声波的频率；当接收的超声波的信噪比小于某一值时，不能进行有效计数，因而计数值将始终等于0。
不论在上述哪种调制深度的情况下，当移动设备400从远离限定区域204的位置靠近并进入限定区域204时，移动设备400所获得的单位时间计数值分布都将经历下述过程。当移动设备400远离限定区域204时，一个调制周期中任何位置的超声波强度都很弱，信噪比都很低，因而计数值在整个周期上都为0；当移动设备400靠近限定区域204的设定边界时，单位时间计数值分布的最大值超过0但小于N；当移动设备400进一步向限定区域204内移动时，计数值分布的最大值将达到N，且最小值超过0。
因此，根据本发明的实施例，可以当单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且最小值大于第二阈值时，判定移动设备400位于限定区域204内，并当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，判定移动设备400位于所述限定区域外。这里，第一阈值大于第二阈值，第一阈值可以等于超声波的频率N，第二阈值可以等于0；或者可以根据误差容限和/或应用场景需要，将第一阈值设定为小于N但大于0的任意值，将第二阈值设定为大于0但小于N的任意值。
下面以第一阈值为N、第二阈值为0为例具体说明在调制深度分别满足上述单位时间计数值分布A、B、C的情况下对移动设备400相对于限定区域204的位置的判定。
图8示例性地示出了在对应于图7中的单位时间计数值分布A的调制深度的情况下移动设备400在不同位置所获得的单位时间计数值分布。对于单位时间计数值分布(a)，其最大值小于N，最小值等于0，因此，根据上述判定标准，移动设备400被判定为在限定区域204外。对于单位时间计数值分布(b)和(c)，其最大值都小于N，最小值都大于0，因而，在这两种情况下，根据上述判定标准，移动设备400不能被直接判定为在限定区域204内或在限定区域204外。根据应用场景的需要，可以将单位时间计数值分布(b)和(c)的情况判定为位于限定区域204的边界上或处于未定状态，或者也可以进一步判定其在限定区域204内或在限定区域204外。例如，如果在得到单位时间计数值分布(b)或(c)之前，移动设备400在限定区域204内，则将这种情况下的移动设备400仍然判定为位于限定区域204内；但如果在得到单位时间计数值分布(b)或(c)之前，移动设备400在限定区域204外，则将这种情况下的移动设备400仍然判定为位于限定区域204外，从而可以保证移动设备400的状态的相对稳定。对于单位时间计数值分布(d)，其最大值等于N，最小值大于0，因而，根据上述判定标准，移动设备400被判定为在限定区域204内。
图9示例性地示出了在对应于图7中的单位时间计数值分布B的调制深度的情况下移动设备400在不同位置所获得的单位时间计数值分布。对于单位时间计数值分布(a)，其最大值小于N，最小值等于0，因此，根据上述判定标准，移动设备400被判定为在限定区域204外。对于单位时间计数值分布(b)，其最大值等于N，最小值等于0，因而，根据上述判定标准，移动设备400不能被直接判定为在限定区域204内或在限定区域204外。根据应用场景的需要，可以将单位时间计数值分布(b)的情况判定为位于限定区域204的边界上或处于未定状态，或者也可以进一步判定其在限定区域204内或在限定区域204外。例如，如果在得到单位时间计数值分布(b)之前，移动设备400在限定区域204内，则将这种情况下的移动设备400仍然判定为位于限定区域204内；但如果在得到单位时间计数值分布(b)之前，移动设备400在限定区域204外，则将这种情况下的移动设备400仍然判定为位于限定区域204外，从而可以保证移动设备400的状态的相对稳定。对于计数值分布(d)，其最大值等于N，最小值大于0，因而，根据上述判定标准，移动设备400被判定为在限定区域204内。
图10示例性地示出了在对应于图7中的单位时间计数值分布C的调制深度的情况下移动设备400在不同位置所获得的单位时间计数值分布。对于单位时间计数值分布(a)，其最大值小于N，最小值等于0，因此，根据上述判定标准，移动设备400被判定为在限定区域204外。对于单位时间计数值分布(b)和(c)，其最大值都等于N，最小值都等于0，因而，在这两种情况下，根据上述判定标准，移动设备400不能被直接判定为在限定区域204内或在限定区域204外。根据应用场景的需要，可以将单位时间计数值分布(b)和(c)的情况判定为位于限定区域204的边界上或处于未定状态，或者也可以进一步判定其为在限定区域204内或在限定区域204外。例如，如果在得到单位时间计数值分布(b)或(c)之前，移动设备400在限定区域204内，则将这种情况下的移动设备400仍然判定为位于限定区域204内；但如果在得到单位时间计数值分布(b)或(c)之前，移动设备400在限定区域204外，则将这种情况下的移动设备400仍然判定为位于限定区域204外，从而可以保证移动设备400的状态的相对稳定。对于单位时间计数值分布(d)，其最大值等于N，最小值大于0，因而，根据上述判定标准，移动设备400被判定为在限定区域204内。
由此可见，根据本发明的实施例，通过对超声波进行幅度调制，可以获得相应的单位时间计数值分布，从而可以通过判断单位时间计数值分布的最大值和最小值两者是否满足预定阈值来方便且较准确和稳定地判定移动设备相对于限定区域的位置。
特别地，在图9所示的调制深度下，当第一阈值设定为N、第二阈值设定为0时，如果移动设备400不在设定边界上，都会被判定为位于限定区域204内或外，换言之，仅当移动设备400在设定边界上(其单位时间计数值分布对应于图9中的(b))时，才可能被判定为位于边界上或处于未定状态中，因而限定了较为精细的边界。在图9的情况下，当单位时间计数值在一个调制周期中的最大值不小于所述第一阈值且单位时间计数值在一个调制周期中的最小值不大于所述第二阈值时，可以判定移动设备400位于所述限定区域上。相对比的，在图8和图10的调制深度下，移动设备400在一定范围内都不能被直接判定为位于限定区域204内或外，而可能被判定为位于边界上或处于未定状态中。如图8和图10中的单位时间计数值分布(b)和(c)所示，移动设备400虽然在(b)和(c)所示的计数值分布的情况下对应于不同的位置，但都不能被直接判定为位于限定区域204内或外。换言之，与图9的情况不同，图8和图10的情况限定出了具有一定宽度的边界带。
对于图9所对应的调制深度，超声波发生装置2011发射的超声波应当满足：当利用位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测所述超声波并对其进行分段计数时所获得的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0。这里，边界设定设备可以是移动设备400或与其类似的移动设备，也可以是与移动设备400的超声检测性能基本相同的其它检测设备，例如固定于设定边界上的固定设备。类似于移动设备400，边界设定设备能够检测上述超声波并对其进行分段计数，从而得到单位时间计数值分布。当确定一个调制周期的单位时间计数值分布时，为了比较的准确性和可靠性，可以对多个调制周期的计数值进行平均。将单位时间计数值分布的波形与调制函数的波形进行比较的方法可以采用现有技术中任何波形比较方法，例如，可以在将两个波形的幅值进行归一化后，计算多个采样点的偏差，当总偏差小于某一值时认定两个波形相同，否则认定为不同。根据上述要求可以使得超声波发生装置2011发射的超声波的调制深度满足图7中的单位时间计数值分布B的要求，从而限定较为精细的边界。显然，图7中的单位时间计数值分布A和C都不满足上述要求，对于单位时间计数值分布A，虽然波形与调制波形相同，但最大值和最小值不满足要求；对于单位时间计数值分布C，由于其顶部和底部具有截平，因此波形与调制波形不同。需要说明的是，在具体实现中，上述最大值等于超声波的频率以及最小值等于0，并不一定要求绝对相等，而是可以在一定误差容限范围内的相等，具体容限值可以根据具体应用场景和/或噪声状态进行设定。
以上通过示例的方式说明了根据本发明实施例的判定移动设备的位置的标准。需要说明的是，第一阈值和第二阈值并不限于上述超声波的频率N和0。例如，考虑到实际检测误差的问题，可以将第一阈值设定为略小于N，将第二阈值设定为略大于0，具体偏差值可以根据实际检测误差确定。又例如，为了将边界设定得更靠近区域中心，可以第二阈值设定为大于0的值，为了将边界设定得更远离区域中心，可以将第一阈值设定为小于N的值，具体设定值取决于期望的边界位置。总之，第一阈值可以是小于或等于N但大于0的任意值，第二阈值可以是大于或等于0但小于N的任意值，且第一阈值大于第二阈值。
回到图2和图4，当移动设备400中的处理单元403对移动设备400的位置作出判定之后，可以将判定结果发送给定位设备201中的控制装置2012，例如可以通过Wi-Fi、3G/4G等无线通信方法进行发送。需要说明的是，在替代实施例中，上述处理单元403也可以不是移动设备400的单元，而是移动设备400外的处理装置，即移动设备400可以不包括处理单元403。例如，处理单元403可以是定位设备201中的控制装置2012，在这种情况下，移动设备400中的计数单元402将计数值发送给控制装置2012，用于控制装置2012根据上述标准进行位置判定。控制装置2012也可以将判定结果反馈给移动设备400。此外，虽然图2中将定位设备201中的超声波发生装置2011与控制装置2012表示为分离的装置，但它们也可以集成在一起，例如超声波发生装置2011本身具有控制单元。
移动设备400以及定位设备201中的各个处理或控制部件(例如上述计数单元402、处理单元403以及控制装置2012)可以通过硬件、软件控制通用硬件或者两者的结合进行实现。这些部件可以是分离的部件也可以是集成的部件，例如上述计数单元402和处理单元403可以是同一个集成的模块。当采用硬件实施上述部件时，还可以采用可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)等电路定制技术。当采用软件控制通用硬件实施上述部件时，可以采用计算机领域的常规硬件框架进行实施。图11示意性地示出了可以用于实现这些单元的示例性硬件结构图。该硬件结构包括处理器1101，临时存储器1102以及永久存储器1103，它们通过总线1104相连接。处理器1101例如可以是任何类型的中央处理单元(CPU)，用于执行程序。临时存储器1102例如可以是随机存取存储器(RAM)用于在执行程序的过程中临时存储程序和数据。永久存储器1103例如可以是磁硬盘、固态硬盘(SSD)等任何形式的非易失性存储器，用于永久存储软件程序和数据。能够实现上述部件功能的软件程序可以存储在永久存储器1103中，当根据本发明的设备需要执行这些部件的功能时，将相应软件程序加载到临时存储器中用于处理器执行。例如，如图11所示，处理器1101可以执行上述计数单元402和处理单元403的功能或者控制装置2012的功能，即可以执行下述步骤S1202和步骤S1203或者步骤S1302。需要说明的是，实现本发明的上述部件的硬件结构不限于图11所示的结构，而是可以利用本领域的技术人员在实施本发明的实施例时能够想到的任何合适的结构。
对应于上述移动设备和定位设备，本发明的实施例相应地提供了分别由它们执行的移动设备的定位方法。图12示出了根据本发明实施例的由移动设备执行的定位方法。所述方法包括：步骤S1201，检测经周期调制函数幅度调制的超声波；步骤S1202，对所检测的超声波进行分段计数以获得各段上的单位时间计数值；步骤S1203，基于所获得的单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置。其中，示例性地，步骤S1203可具体包括子步骤S12031、S12032、S12033、S12034和S12035。在子步骤S12031中判断所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值nmax是否不小于第一阈值T1，如果是，则进入子步骤S12032中判断所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值nmin是否大于第二阈值T2，如果是，则进入子步骤S12033中判定所述移动设备位于所述限定区域内。如果子步骤S12031中的判断结果是否，则进入子步骤S12034中判断所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值nmin是否不大于第二阈值T2，如果是，则进入子步骤S12035中判定所述移动设备位于所述限定区域外。当然，步骤S1203的具体实现还可以采用其它方式，只要满足如下判断标准即可：当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且最小值大于第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域外。
图13示出了根据本发明实施例的由定位设备执行的定位方法。所述方法包括：步骤S1301，发射经周期调制函数幅度调制的超声波用于移动设备对其进行检测和分段计数以获得各段上的单位时间计数值；步骤S1302，从所述移动设备接收所述单位时间计数值并根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置，或者从所述移动设备接收所述移动设备根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置的判定结果。其中，不论是移动设备的定位设备自身判定移动设备的位置还是从移动设备接收判定结果，其判定都满足以下标准：当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且最小值大于第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域外。
以上参照图2-11针对移动设备以及定位设备所描述的细节同样适用于针对图12和图13所说明的定位方法，这里不再重复说明。
进一步的，在上述定位设备201中还可以包括位于所述限定区域的设定边界上的一个或多个超声波检测装置2013，如图14所示。图14示意性地示出了包括两个超声波检测装置2013的定位设备201。超声波检测装置2013检测从超声波发生装置2011发射的超声波，并向控制装置2012反馈关于所检测到的超声波的信息；并且控制装置2012根据超声波检测装置2013反馈的信息控制超声波发生装置2011调整所发射的超声波的功率，使得超声波检测装置2013检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。
这里，超声波检测装置2013可以是任何能够检测超声波的装置，例如可以是性能较好的专业超声波传感器。超声波检测装置2013检测到超声波后获得关于超声波的信息，例如超声波幅度分布(即，幅度随时间的变化)或信噪比分布(即，信噪比随时间的变化)。超声波检测装置2013可以将超声波幅度分布反馈给控制装置2012，由控制装置2012计算信噪比分布，也可以直接将信噪比分布反馈给控制装置2012。控制装置2012在获得了信噪比分布后，将其与预定的区域边界条件进行比较，当该信噪比分布不符合预定的区域边界条件时，控制超声波发生装置2011调整所发射的超声波的功率，直到更新的信噪比分布符合区域边界条件为止。所述预定的区域边界条件表示处于设定边界处的超声波检测装置2013所检测到的超声波应当满足的信噪比分布。例如，如果需要能够实现如图7中的单位时间计数值分布B的区域边界条件，可以将能够实现如图7中的单位时间计数值分布B的信噪比分布存储于控制装置2012中，当实际测得的信噪比高于所存储的信噪比时，降低所发射的超声波的功率，反之，则增大所发射的超声波的功率。当然，当实际测得的信噪比分布的形状与所存储的信噪比分布的形状不一致，也可以调整所发射的超声波的功率分布。对于区域边界条件的确定，可以通过边界设定设备进行测试而确定。例如，对于实现如图7中的计数值分布B的区域边界条件，可以通过位于区域边界上的边界设定设备检测从所述超声波发生装置发射的超声波，对所检测到的超声波进行分段计数以获得所述超声波的一个调制周期中的单位时间计数值分布，并向控制装置2012反馈所述单位时间计数值分布；继而，控制装置2012根据所述单位时间计数值分布控制超声波发生装置2011调整所发射的超声波的幅度分布，使得所述单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0，并将此时超声波检测装置2013检测到的超声波的信噪比分布设定为所述预定的区域边界条件。对于从多个超声波检测装置2013反馈的信息，控制装置2013可以对其进行综合，例如将多个超声波检测装置2013分别反馈的幅度分布或噪声比分布进行平均或加权平均，并利用综合后的噪声比分布进行比较和控制。
图15示出了根据本发明实施例的由定位设备201执行的包括上述反馈步骤的定位方法。图15中的步骤S1501和S1504对应于图13的步骤S1301和S1302，图15增加了步骤S1502和S1503。在步骤S1502中，通过位于所述限定区域的设定边界上的超声波检测装置检测所发射的超声波以产生关于所检测到的超声波的信息。在步骤S1503中，根据所述信息调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。需要说明的是，在图15中将步骤S1502和S1503显示在步骤S1501和S1504之间，但步骤S1502和S1503可以多次执行，例如周期性地执行，而步骤S1504的执行则是根据移动设备的反馈而执行，并非每次执行步骤S1504之前一定执行步骤S1502和S1503，也并非每次执行步骤S1504之前仅执行一次步骤S1502和S1503。
根据上述，通过在定位设备201中加入超声波检测装置2013来引入反馈机制，使得限定区域204的边界处的超声波条件能够保持稳定，即可以限定出稳定的边界。在这种情况下，即使边界处的噪声发生了变化，或者超声波发生装置的性能发生了变化，都能够保证在限定区域204的设定边界处保持稳定的超声波信噪比，因而对移动设备保持稳定的边界条件。
根据图14和图15所示的定位设备和定位方法的反馈机制可以提供一种区域限定***和区域限定方法。图16示出了根据本发明实施例的区域限定***的结构示意图。该区域限定***1600包括位于限定区域中的超声波发生装置1601、位于限定区域的设定边界上的超声波检测装置1602、以及控制装置1603，其中：所述超声波发生装置1601在所述控制装置1603的控制下发射经周期调制函数幅度调制的超声波；所述超声波检测装置1602检测从所述超声波发生装置1601发射的超声波，并向所述控制装置1603反馈关于所检测到的超声波的信息；并且所述控制装置1603根据所述超声波检测装置反馈的信息控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置1602检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。示例性地，所述控制装置1603将当位于限定区域的设定边界上的边界设定设备(如图16中的设备1604所示)检测到的超声波的一个调制周期中的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0时超声波检测装置1602检测到的超声波的信噪比分布设定为所述预定的区域边界条件。边界设定设备1604检测和计数超声波的具体方法可以参照上文针对移动设备400的描述。此外，控制装置1603的具体硬件和/或软件实现方式可以参照上文针对控制装置2012的描述，这里不再重复。
图17示出了根据本发明实施例的区域限定方法的流程图。该区域限定方法包括：步骤S1701，位于限定区域中的超声波发生装置在控制装置的控制下发射经周期调制函数幅度调制的超声波；步骤S1702，位于限定区域的设定边界上的超声波检测装置检测从所述超声波发生装置发射的超声波，并向所述控制装置反馈关于所检测到的超声波的信息；步骤S1703，所述控制装置根据所述超声波检测装置反馈的信息控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。图18示出了根据本发明实施例的、包括示例性的区域边界条件设定步骤的区域限定方法的流程图。图18的步骤S1801、S1805和S1806分别对应于与图17的步骤S1701、S1702和S1703，图18增加了步骤S1802S1803和S1804。在步骤S1802中，控制装置接收位于区域边界上的边界设定设备通过检测从超声波发生装置发射的超声波并对所检测到的超声波进行分段计数而获得所述超声波在一个调制周期中的单位时间计数值分布；在步骤S1803中，控制装置根据所述单位时间计数值分布控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的幅度分布，使得所述单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0；在步骤S1804中，控制装置将所述单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0时超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布设定为预定的区域边界条件。
图16-18所示的区域限定***和方法的实施细节可以参照上文关于图14和15所描述的定位设备和方法的反馈机制，这里不再重复。需要说明的是，图16-18所示的区域限定***和方法不仅可以适用于上文所述述的移动设备的定位方法，还可以适用于其它基于幅度调制的超声波定位移动设备的方法，例如在其它定位方法中，可以采用与上文所述的判定标准不同的位置判定标准。图16-18所示的区域限定***和方法旨在提供稳定的边界条件，而不在于具体采用何种位置判定方法或标准。
上文示出和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域的技术人员应当理解，在不背离权利要求及其等同中限定的本发明的原则和精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出变化，这些变化同样落入本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种移动设备，包括：
超声波检测单元，检测经周期调制函数幅度调制的超声波；以及
计数单元，对所检测的超声波进行分段计数以获得各段上的单位时间计数值，用于处理单元判定所述移动设备相对于限定区域的位置，其中
当所述单位时间计数值在一个调制周期中的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期中的最小值大于第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域外。
2.如权利要求1所述的移动设备，其中
所述经周期调制函数幅度调制的超声波满足：当利用位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测所述超声波并对其进行分段计数时所获得的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0。
3.如权利要求2所述的移动设备，其中
当所述单位时间计数值在一个调制周期中的最大值不小于所述第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期中的最小值不大于所述第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域上。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的移动设备，其中
所述第一阈值等于所述超声波的频率；并且
所述第二阈值等于0。
5.一种移动设备的定位方法，包括：
检测经周期调制函数幅度调制的超声波；
对所检测的超声波进行分段计数以获得各段上的单位时间计数值；
基于所获得的单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置，其中
当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值大于第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域外。
6.如权利要求5所述的移动设备的定位方法，其中
所述经周期调制函数幅度调制的超声波满足：当利用位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测所述超声波并对其进行分段计数时所获得的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0。
7.如权利要求6所述的移动设备的定位方法，其中
当所述单位时间计数值在一个调制周期中的最大值不小于所述第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期中的最小值不大于所述第二阈值时，所述处理单元判定所述移动设备位于所述限定区域上。
8.如权利要求5至7中的任一项所述的移动设备的定位方法，其中
所述第一阈值等于所述超声波的频率；并且
所述第二阈值等于0。
9.一种移动设备的定位设备，包括：
超声波发生装置，发射经周期调制函数幅度调制的超声波用于所述移动设备对其进行检测和分段计数以获得各段上的单位时间计数值；
控制装置，从所述移动设备接收所述单位时间计数值并根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置，或者从所述移动设备接收所述移动设备根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置的判定结果，其中
当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值大于第二阈值时，所述控制装置或所述移动设备判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，所述控制装置或所述移动设备判定所述移动设备位于所述限定区域外。
10.如权利要求9所述的移动设备的定位设备，其中
所述经周期调制函数幅度调制的超声波满足：当利用位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测所述超声波并对其进行分段计数时所获得的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0。
11.如权利要求9或10所述的移动设备的定位设备，还包括：位于所述限定区域的设定边界上的超声波检测装置，其中
所述超声波检测装置检测从所述超声波发生装置发射的超声波，并向所述控制装置反馈关于所检测到的超声波的信息；并且
所述控制装置根据所述超声波检测装置反馈的信息控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。
12.一种对移动设备的定位方法，包括：
发射经周期调制函数幅度调制的超声波用于所述移动设备对其进行检测和分段计数以获得各段上的单位时间计数值；
从所述移动设备接收所述单位时间计数值并根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置，或者从所述移动设备接收所述移动设备根据所述单位时间计数值判定所述移动设备相对于限定区域的位置的判定结果，其中
当所述单位时间计数值在一个调制周期内的最大值不小于第一阈值且所述单位时间计数值在一个调制周期内的最小值大于第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域内；当所述最大值小于所述第一阈值且所述最小值不大于所述第二阈值时，判定所述移动设备位于所述限定区域外。
13.如权利要求12所述的对移动设备的定位方法，其中
所述经周期调制函数幅度调制的超声波满足：当利用位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测所述超声波并对其进行分段计数时所获得的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0。
14.如权利要求12或13所述的对移动设备的定位方法，还包括：
通过位于所述限定区域的设定边界上的超声波检测装置检测所发射的超声波以产生关于所检测到的超声波的信息；以及
根据所述信息调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。
15.一种区域限定***，包括位于限定区域中的超声波发生装置、位于所述限定区域的设定边界上的超声波检测装置、以及控制装置，其中：
所述超声波发生装置在所述控制装置的控制下发射经周期调制函数幅度调制的超声波；
所述超声波检测装置检测从所述超声波发生装置发射的超声波，并向所述控制装置反馈关于所检测到的超声波的信息；并且
所述控制装置根据所述超声波检测装置反馈的信息控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。
16.如权利要求15所述的区域限定***，其中
所述控制装置将当位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备检测到的超声波的一个调制周期的单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0时所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布设定为所述预定的区域边界条件。
17.一种区域限定方法，包括：
位于限定区域中的超声波发生装置在控制装置的控制下发射经周期调制函数幅度调制的超声波；
位于所述限定区域的设定边界上的超声波检测装置检测从所述超声波发生装置发射的超声波，并向所述控制装置反馈关于所检测到的超声波的信息；
所述控制装置根据所述超声波检测装置反馈的信息控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的功率，使得所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布满足预定的区域边界条件。
18.如权利要求17所述的区域限定方法，还包括：
所述控制装置接收位于所述限定区域的设定边界上的边界设定设备通过检测从所述超声波发生装置发射的超声波并对所检测到的超声波进行分段计数而获得的所述超声波在一个调制周期中的单位时间计数值分布；
所述控制装置根据所述单位时间计数值分布控制所述超声波发生装置调整所发射的超声波的幅度分布，使得所述单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0；以及
所述控制装置将所述单位时间计数值分布的波形与所述调制函数的波形一致、所述单位时间计数值分布的波形的最大值等于所述超声波的频率、并且所述单位时间计数值分布的波形的最小值等于0时所述超声波检测装置检测到的超声波的信噪比分布设定为所述预定的区域边界条件。
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