CN108427099A - 用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端 - Google Patents
用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108427099A CN108427099A CN201710082089.4A CN201710082089A CN108427099A CN 108427099 A CN108427099 A CN 108427099A CN 201710082089 A CN201710082089 A CN 201710082089A CN 108427099 A CN108427099 A CN 108427099A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- supersonic generator
- ultrasonic signal
- time
- time difference
- information
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/26—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本申请公开一种用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端。该方法包括：获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息，分别获取所述第二超声波信号、所述第三超声波信号以及所述第四超声波信号的接收时间与所述第一超声波信号的接收时间的时间差；获取所述第二超声波发生器、所述第三超声波发生器与所述第四超声波发生器与所述第一超声波发生器之间的初始时间差；以及通过所述时间差、所述初始时间差以及所述相关信息，获取位置坐标。本申请的用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端，能够解决了现有定位技术的主要缺陷，大幅降低了定位设备成本和维护运营成本。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，具体而言，涉及一种用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端
背景技术
随着更多新型移动设备比如手机、平板电脑、可穿戴设备等，物联网设备的性能飞速增长和基于位置感知的应用的激增，位置感知发挥了越来越重要的作用。在室内和室外的环境下，连续地可靠地提供位置信息可以为用户带来更好的用户体验。
随着计算机软硬件科技的飞速发展，国内外也涌现了很多种室内定位技术，在这些不同应用场景的室内定位解决方案中，各种室内定位技术各存在不同的优势和各种局限。
WiFi定位：WiFi定位是应用最广的一种定位方式。WiFI定位中的一种方法是基于接受信号强度的三边测量定位(信号强度定位法)，这种方法的优点是布局及维护成本较低，但定位精度比较低。WiFI定位中还有一种方法是基于接收信号强度的指纹定位，该技术是将测量到的接收信号强度与前期测量的各个参考点的信号强度特性进行比较，选取匹配最好的参考点位置来作为测量目标的位置，该方法缺点是布局和维护的成本较高，可移植性差。
低功耗蓝牙定位：该技术需要布局Beacon网络，每个Beacon创建一个信号区域，该方法主要的局限是需要布局专用的Beacon设施，其覆盖范围不广，并且很多移动用户不经常开启蓝牙设备
IMES定位：该技术需要在室内预先布置用GPS同样的信号方式的发射器，直接发送发射器的绝对位置坐标和楼层信息，具有GPS接受功能的移动设备都可以接受信号，实现室内定位，该技术的最大制限是需要在室内大量安装专用发射器，及今后高昂的运营成本。
UWB(无线脉冲超宽带技术)定位：该技术需要布局UWB发射器网络，依据无线脉冲超宽频(IR-UWB)信号达到时间，通过3点定位测定距离，该定位技术的精度可以达到10cm，非常适合高速实时定位，但大量布设UWB发射器，以及需要专用的接受设备，都限制了该技术的应用推广。
因此，需要一种新的用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端，能够解决了现有定位技术的主要缺陷，并且还大幅降低了定位设备成本和维护运营成本。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一方面，提出一种用于超声波室内定位的方法，该方法包括：获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息，超声波发生器包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器，超声波信号包括：第一超声波信号，第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号；分别获取第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号的接收时间与第一超声波信号的接收时间的时间差；获取第二超声波发生器、第三超声波发生器与第四超声波发生器与第一超声波发生器之间的初始时间差；以及通过时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标。
在本公开的一种示例性实施例中，相关信息包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器的位置信息。
在本公开的一种示例性实施例中，接收对象通过麦克风接收超声波信号。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：获取接收对象的***时间与超声波发生器的***时间的***时间差。
在本公开的一种示例性实施例中，通过时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标，包括：通过TDOA双曲线定位算法与时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标。
在本公开的一种示例性实施例中，TDOA双曲线定位算法包括如下公式：
其中，i＝1,2,3，r0为接收对象与第一超声波发生器之间的距离，ri为目标对象与第i超声波发生器之间的距离，Δri为接收对象到第i超声波发生器与到第一超声波发生器之间的距离差，(x,y,z)为接收对象位置坐标，(xi,yi,zi)为第i超声波发生器位置坐标，Δt1i为第i超声波信号的接收时间与第一超声波信号的接收时间的时间差，Δt2i为第i超声波发生器与第一超声波发生器的初始时间差。
根据本发明的一方面，提出一种用于超声波室内定位的方法，该方法包括：获取至少四个超声波发生器对应的基本信息；通过基本信息生成基本信息列表；每间隔预定时间更新基本信息列表；以及将更新之后的基本信息列表发送给接收对象。
在本公开的一种示例性实施例中，基本信息包括：超声波发生器的编码信息、波宽信息、波距信息以及超声波发生器发射超声波信号的起始时间信息。
在本公开的一种示例性实施例中，基本信息列表包括：初始时间差，初始时间差为每个超声波发生器发射超声波信号的起始时间之间的时间差。
在本公开的一种示例性实施例中，预定时间为8-15分钟。
根据本发明的一方面，提出一种用于超声波室内定位的设备，该设备包括：信号接收模块，用于获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息，超声波发生器包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器，超声波信号包括：第一超声波信号，第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号；时间差模块，用于分别获取第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号的接收时间与第一超声波信号的接收时间的时间差；初始时间差模块，用于获取第二超声波发生器、第三超声波发生器与第四超声波发生器与第一超声波发生器之间的初始时间差；以及定位模块，用于通过时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：***时间差模块，用于获取接收对象的***时间与超声波发生器的***时间的***时间差。
根据本发明的一方面，提出一种用于超声波室内定位的设备，该设备包括：接收模块，用于获取至少四个超声波发生器对应的基本信息；列表模块，用于通过基本信息生成基本信息列表；更新模块，用于每间隔预定时间更新基本信息列表；以及发送模块，用于将更新之后的基本信息列表发送给接收对象。
根据本发明的一方面，提出一种用于超声波室内定位的***，该***包括：超声波发生器阵列，包含多个超声波发生器，超声波发生器用于发射超声波信息以及相关信息；至少一个控制器，至少一个控制器电性连接超声波发生器阵列，至少一个控制器用于实现超声波发生器的时间统一，并生成控制信息；路由器，用于将超声波发生器阵列与控制器连接组成局域网以及；服务器，用于储存来自于超声波发生器的相关信息，接收至少一个控制器的控制信息，并将信息汇总，用于定位计算。
在本公开的一种示例性实施例中，至少一个控制器包括：内置Linux***的BeagleBoneBlack开发套件。
根据本发明的一方面，提出一种移动终端，该移动终端包括：处理器；存储器，存储用于处理器控制如上文的操作的指令。
根据本发明的用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端，能够解决了现有定位技术的主要缺陷，大幅降低了定位设备成本和维护运营成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的方法的流程图。
图2是根据另一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的方法的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的设备的框图。
图4是根据另一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的设备的框图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的***的框图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的移动终端的框图。
具体实施例
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本发明将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的，因此不能用于限制本发明的保护范围。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的方法的流程图。
如图1所示，在S102中，获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息，超声波发生器包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器，超声波信号包括：第一超声波信号，第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号。
如上文所述，超声波室内定位中常用技术是将多个超声波发生器置于天花板上，超声波发生器向周围的自由空间按照一定的时间间隔发送超声波脉冲，被定位的目标物体，分别接收超声波发射装置发出来的脉冲信号，并在这些超声波信号中选取其中的三个信号作为后续定位处理使用的信号，分别接收这三个超声波信号的相关信息，可例如，编码信息，波形信息等相关内容，由于超声波在空间传送速度比较慢，所以通过比较三个接收装信号收到信号的时间先后，可以反演出目标物体的具***置，还可例如，当目标对象移动时候，可以通过不间断的定位测量，继而描绘出目标对象的运动轨迹。但是此种方式的超声波定位技术需要复杂的超声波发生器使得发送的超声波信号需要具有一定的编码信息，而且还可能会涉及到超声波信号发生器与目标对象之间互相交换信息的过程。
在本发明实施例中，待定位的目标物体，可接收大量的超声波信号，目标物体从大量的超声波信号中选取四个超声波信号接收，以作后续定位处理之用。可例如，根据信号强弱选取四个超声波信号，可例如，通过由强至弱的顺利依次选取出四个超声波信号，还可例如，通过综合比较接收到的超声波信号的稳定性，依次选取出四个稳定性较高的超声波信号。选取超声波信号的方式可有多种，然而不发明不以此为限。
在S104中，分别获取第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号的接收时间与第一超声波信号的接收时间的时间差。待定位的物体，获取四个不同的超声波发生器发出的四个超声波信号，可例如，以第一超声波发生器发出的第一超声波信号作为基准信号，分别计算第二第三、第三超声波信号发生器发出的超声波信号的接收时间与第一超声波信号发生器发出的超声波信号接收的时间的时间差。基准信号的选取可参照四个超声波信号的选择法则，可例如，根据由强至弱的信号强度顺序选择基准信号，然而本发明不以此为限。
在S106中，获取第二超声波发生器、第三超声波发生器与第四超声波发生器与第一超声波发生器之间的初始时间差。初始时间差可例如，通过超声波信号的编码信息计算得到，还可例如，由对超声波信号进行统一管理的定位服务器计算保存上述信息，被定位的目标物体由定位服务器获取初始时间差相关的信息。初始时间差为各个超声波发生器发出的超声波信号的时间的时间差。
在S108中，通过时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标。如上文所述，待定位的目标对象通过接收三个超声波发生器发出的超声波信号，理论上可以计算出手机端的坐标(x,y,z)，但各个不同的手机端的时刻和超声波发生源的时刻无法做到完全的统一，因此就会存在很大的不确定误差。在本发明实施例中，通过4点定位，以其中一个超声波信号作为时间基点，通过获取其他三个点的超声波到达时间差，初始时间差以及相关信息，获得待定位的目标的位置坐标。
根据本发明的用于超声波室内定位的方法，通过获取四个不同的超声波发生器发出的超声波信号，以及这些信号之间的初始时间差等相关信息，进而获取待定位目标的位置的方式，使得超声波发生器可以单向发射超声波信息，超声波发生器不需要和接收端频繁进行数据交换，因此，对接收端的数量没有限制，能够解决了现有定位技术的主要缺陷，大幅降低了定位设备成本和维护运营成本。
应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
在本公开的一种示例性实施例中，相关信息包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器的位置信息。
在本公开的一种示例性实施例中，接收对象通过麦克风接收超声波信号。接收对象可例如为智能手机，超声波信号可例如为20MHz的超声波信号。根据本发明实施例中提供的方法，对于所有的智能手机不需要通过任何外接设备，仅仅依靠手机内藏的麦克风就可以接收到20MHz的超声波。
根据本发明的用于超声波室内定位的方法，通过接收对象自带的麦克风设备获取超声波信号，能够使得超声波定位像WiFi定位一样面向人数众多的普通大众提供定位服务。同时扩大了使用超声波定位的应用场景中，使得超声波定位方式可以应用到仓储物流、工厂生产线管理、飞机维修行业等等。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：获取接收对象的***时间与超声波发生器的***时间的***时间差。通过***时间差作为定位的参考时间，解决了即使各个手机端时刻不同，也不会因此产生不必要的计算误差的影响。
在本公开的一种示例性实施例中，通过时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标，包括：通过TDOA双曲线定位算法与时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标。TDOA(Time Difference of Arrival)双曲线定位算法是一种利用时间差进行定位的方法，常用在基站通信领域。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆)，就能确定信号的位置。但是绝对时间一般比较难测量，TDOA双曲线定位算法通过比较信号到达各个监测站的时间差，就能作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。
在本公开的一种示例性实施例中，TDOA双曲线定位算法包括如下公式：
其中，i＝1,2,3，r0为接收对象与第一超声波发生器之间的距离，ri为目标对象与第i超声波发生器之间的距离，Δri为接收对象到第i超声波发生器与到第一超声波发生器之间的距离差，(x,y,z)为接收对象位置坐标，(xi,yi,zi)为第i超声波发生器位置坐标，Δt1i为第i超声波信号的接收时间与第一超声波信号的接收时间的时间差，Δt2i为第i超声波发生器与第一超声波发生器的初始时间差。
根据本发明的用于超声波室内定位的方法，通过TDOA算法结合超声波信号进行目标定位的方式，能够节约超声波发生器的制造维护成本，扩大了超声波定位的应用范围。
TDOA双曲线定位算法的方程组为对于目标位置(x,y,z)坐标的非线性方程组，目前有多种方法可以用于求解该方程组，可例如，CHAN算法、泰勒级数展开法、SX(SphericalIntersection)球面相交法，DAC(Divide and Conquer)分类解决法；SI(SphericalInterpolation)球面插值法等。本发明不以此为限。在本发明实施例例中，可例如采用CHAN算法进行上述方程组计算，CHAN算法是一种基于TDOA技术、具有解析表达式解的定位算法，在TDOA误差服从理想高斯分布时性能良好。具备如下优势：算法不需要初值；仅进行两次迭代就可求得最终结果；算法的定位精度在视距环境下能够达到克拉美罗下限。
根据本发明的用于超声波室内定位的方法，通过CHAN算法进行双曲线方程的求解，可以减小方程组的计算量，能够适合智能手机的运算能力、节省手机耗电量。
上述的所有定位算法，都是在移动端完成的，由于各类手机硬件配置的不同，考虑到符合大多数手机的配置要求，同时还要满足及时反映位置实时移动的需要，相位细分方面可以做相应的调整，使得定位精度控制在30厘米，今后随着智能手机性能的不断提高，通过调整相位细分度就可以提高定位精度。相位细分相关内容为定位技术的现有技术，本文在此不再赘述。
图2是根据另一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的方法的流程图。
如图2所述，在S202中，获取至少四个超声波发生器对应的基本信息。基本信息可例如包括：超声波发生器的编码信息、波宽信息、波距信息以及超声波发生器发射超声波信号的起始时间信息。
在S204中，通过基本信息生成基本信息列表。基本信息列表可例如，包括：初始时间差，初始时间差为每个超声波发生器发射超声波信号的起始时间之间的时间差。
在S206中，每间隔预定时间更新基本信息列表。预定时间可例如，为8-15分钟。
在S208中，以及将更新之后的基本信息列表发送给接收对象。将更新之后的基本信息列表可例如，发送给待定位的目标对象。
根据本发明的用于超声波室内定位的方法，通过服务器获取超声波发生器的基本信息，并且汇总成基本信息列表发送给待定位目标的方式，能够以低成本解决各超声波发生器时刻同步的问题。
根据一些实施例，预定时间可例如，为8-15分钟。由于超声波相位随着时间的推移，也会产生累计误差，一般情况20分钟内累计误差不会超过100微秒，在本发明实施例中，可例如，以10分钟为时间间隔，重新发送各超声波的起始时刻，可以保证了超声波定位的精度在理论上可以达到3厘米。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤被实现为由CPU执行的计算机程序。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明提供的上述方法所限定的上述功能。所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的设备的框图。
其中，信号接收模块302用于获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息，超声波发生器包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器，超声波信号包括：第一超声波信号，第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号。
时间差模块304用于分别获取第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号的接收时间与第一超声波信号的接收时间的时间差。
初始时间差模块306用于获取第二超声波发生器、第三超声波发生器与第四超声波发生器与第一超声波发生器之间的初始时间差。
定位模块308用于通过时间差、初始时间差以及相关信息，获取位置坐标。
根据本发明的用于超声波室内定位的设备，通过获取四个不同的超声波发生器发出的超声波信号，以及这些信号之间的初始时间差等相关信息，进而获取待定位目标的位置的方式，能够解决了现有定位技术的主要缺陷，大幅降低了定位设备成本和维护运营成本。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：***时间差模块，用于获取接收对象的***时间与超声波发生器的***时间的***时间差。
图4是根据另一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的设备的框图。
接收模块402用于获取至少四个超声波发生器对应的基本信息。
列表模块404用于通过基本信息生成基本信息列表。
更新模块406用于每间隔预定时间更新基本信息列表。
发送模块408用于将更新之后的基本信息列表发送给接收对象。
根据本发明的用于超声波室内定位的设备，通过服务器获取超声波发生器的基本信息，并且汇总成基本信息列表发送给待定位目标的方式，能够以低成本解决了各超声波发生器时刻同步的问题。
图5是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的***的框图。
其中，超声波发生器阵列502，包含多个超声波发生器504，超声波发生器用于发射超声波信息以及相关信息。
控制器506，控制器506电性连接超声波发生器阵列502，控制器506用于实现超声波发生器504的时间统一，并生成控制信息。
路由器508用于将超声波发生器阵列502与控制器506连接组成局域网。
服务器510用于储存来自于超声波发生器504的相关信息，接收至少一个控制器506的控制信息，并将信息汇总，用于定位计算。
在本公开的一种示例性实施例中，为了实现用超声波达到30cm室内定位效果，可例如采用如下技术方案：多组控制器和超声波发生器(1个控制器管理复数个超声波发生器的编码和时刻信息)，通过路由器连接组成局域网络，每个局域网络通过RS485总线通信，在整体通信网络中单独配置定位服务器和应用服务器。超声波发生器间隔5-15米布置在天花板上，天花板高度可以对应到30-40米，超声波发生器内部采用通常的稳压电路、单片机、脉冲发射电路、地址编码电路、功率放大电路和超声波发射电路，根据超声波发生器的布设高度以及应用场景，可以调整超声波发生器的布设间隔和超声波发射功率的强弱。控制器可以管理复数个超声波发生器，控制器的主要功能是记录每个超声波发生器的编码信息、时刻信息、波宽和波距，从而实现超声波发生器的时刻统一功能。
在本公开的一种示例性实施例中，至少一个控制器包括：内置Linux***的BeagleBoneBlack开发套件。BBB(BeagleBoneBlack)是基于AM3359处理器的开发套件，处理器集成了高达1GHz的ARM CortexTM-A8内核，并提供了丰富的外设接口，内置Linux***。
根据本发明的用于超声波室内定位的***，在***中超声波发生器采用最普通的超声波发射电路设计，功耗只有0.01w，因此成本非常低廉；最核心的控制器采用内置Linux***的BeagleBoneBlack，成本也非常低廉；超声波发生器的网络构成采用普通的Ethernet接口，利用路由器就可构建成本低廉、功耗低、性能稳定的超声波发射网络。
图6是根据一示例性实施例示出的一种用于超声波室内定位的移动终端的框图。
如图6所示，终端设备60可包括处理器610、存储器620、发射器630及接收器640。
存储器620可存储用于处理器610控制操作处理的指令。存储器620可包括易失性或非易失性存储器，如静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)等，本发明对此没有限制。
处理器610可调用存储器620中存储的指令控制相关操作。根据一实施例，存储器620存储用于处理器610控制以下操作的指令：获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息；分别获取所述第二超声波信号、所述第三超声波信号以及所述第四超声波信号的接收时间与所述第一超声波信号的接收时间的时间差；获取所述第二超声波发生器、所述第三超声波发生器与所述第四超声波发生器与所述第一超声波发生器之间的初始时间差；以及通过所述时间差、所述初始时间差以及所述相关信息，获取位置坐标。易于理解，存储器620还可存储用于处理器610控制根据本发明实施例的其他操作的指令，这里不再赘述。
本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施例的方法。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实施例的用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端具有以下优点中的一个或多个。
根据一些实施例，本发明的用于超声波室内定位的方法，通过获取四个不同的超声波发生器发出的超声波信号时间差，以及这些信号之间的初始时间差等相关信息，进而获取待定位目标的位置的方式，使得超声波发生器可以单向发射超声波信息，超声波发生器不需要和接收端频繁进行数据交换，因此，对接收端的数量没有限制，能够解决了现有定位技术的主要缺陷，并且大幅降低了定位设备成本和维护运营成本。
根据另一些实施例，本发明的用于超声波室内定位的方法，通过接收对象自带的麦克风设备获取超声波信号，能够使得超声波定位像WiFi定位一样面向人数众多的普通大众提供定位服务。同时扩大了使用超声波定位的应用场景中，使得超声波定位方式可以应用到仓储物流、工厂生产线管理、飞机维修行业等等。
根据另一些实施例，本发明的用于超声波室内定位的方法，通过TDOA算法结合超声波信号进行目标定位的方式，能够节约超声波发生器的制造维护成本，扩大了超声波定位的应用范围。
根据另一些实施例，本发明的用于超声波室内定位的方法，通过控制器获取超声波发生器的基本信息，并生汇总成基本信息列表发送给待定位目标的方式，能够以低成本解决了各超声波发生器时刻同步的问题。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
此外，本说明书说明书附图所示出的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的技术效果及所能实现的目的下，均应仍落在本公开所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。
Claims (16)
1.一种用于超声波室内定位的方法，其特征在于，包括：
获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息，所述超声波发生器包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器，所述超声波信号包括：第一超声波信号，第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号；
分别获取所述第二超声波信号、所述第三超声波信号以及所述第四超声波信号的接收时间与所述第一超声波信号的接收时间的时间差；
获取所述第二超声波发生器、所述第三超声波发生器与所述第四超声波发生器与所述第一超声波发生器之间的初始时间差；以及
通过所述时间差、所述初始时间差以及所述相关信息，获取位置坐标。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关信息包括：
所述第一超声波发生器、所述第二超声波发生器、所述第三超声波发生器以及所述第四超声波发生器的位置信息。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收对象通过麦克风接收所述超声波信号。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
获取接收对象的***时间与所述超声波发生器的***时间的***时间差。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过所述时间差、所述初始时间差以及所述相关信息，获取位置坐标，包括：
通过TDOA双曲线定位算法与所述时间差、所述初始时间差以及所述相关信息，获取位置坐标。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述TDOA双曲线定位算法包括如下公式：
其中，i＝1,2,3，r0为接收对象与所述第一超声波发生器之间的距离，ri为目标对象与第i超声波发生器之间的距离，Δri为接收对象到第i超声波发生器与到所述第一超声波发生器之间的距离差，(x,y,z)为接收对象位置坐标，(xi,yi,zi)为第i超声波发生器位置坐标，Δt1i为第i超声波信号的接收时间与所述第一超声波信号的接收时间的时间差，Δt2i为第i超声波发生器与所述第一超声波发生器的初始时间差。
7.一种用于超声波室内定位的方法，其特征在于，包括：
获取至少四个超声波发生器对应的基本信息；
通过基本信息生成基本信息列表；
每间隔预定时间更新所述基本信息列表；以及
将更新之后的基本信息列表发送给接收对象。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基本信息包括：
超声波发生器的编码信息、波宽信息、波距信息以及超声波发生器发射超声波信号的起始时间信息。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基本信息列表包括：
初始时间差，所述初始时间差为每个超声波发生器发射超声波信号的起始时间之间的时间差。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定时间为8-15分钟。
11.一种用于超声波室内定位的设备，其特征在于，包括：
信号接收模块，用于获取超声波发生器发出的超声波信号以及相关信息，所述超声波发生器包括：第一超声波发生器、第二超声波发生器、第三超声波发生器以及第四超声波发生器，所述超声波信号包括：第一超声波信号，第二超声波信号、第三超声波信号以及第四超声波信号；
时间差模块，用于分别获取所述第二超声波信号、所述第三超声波信号以及所述第四超声波信号的接收时间与所述第一超声波信号的接收时间的时间差；
初始时间差模块，用于获取所述第二超声波发生器、所述第三超声波发生器与所述第四超声波发生器与所述第一超声波发生器之间的初始时间差；以及
定位模块，用于通过所述时间差、所述初始时间差以及所述相关信息，获取位置坐标。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，还包括：
***时间差模块，用于获取接收对象的***时间与所述超声波发生器的***时间的***时间差。
13.一种用于超声波室内定位的设备，其特征在于，包括：
接收模块，用于获取至少四个超声波发生器对应的基本信息；
列表模块，用于通过基本信息生成基本信息列表；
更新模块，用于每间隔预定时间更新所述基本信息列表；以及
发送模块，用于将更新之后的基本信息列表发送给接收对象。
14.一种用于超声波室内定位的***，其特征在于，包括：
超声波发生器阵列，包含多个超声波发生器，所述超声波发生器用于发射超声波信息以及相关信息；
至少一个控制器，所述至少一个控制器电性连接所述超声波发生器阵列，所述至少一个控制器用于实现超声波发生器的时间统一，并生成控制信息；
路由器，用于将所述超声波发生器阵列与所述控制器连接组成局域网；以及
服务器，用于储存来自于所述超声波发生器的相关信息，接收所述至少一个控制器的控制信息，并将所述信息汇总，用于定位计算。
15.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述至少一个控制器包括：
内置Linux***的BeagleBoneBlack开发套件。
16.一种移动终端，包括：
处理器；
存储器，存储用于所述处理器控制如权利要求1-6任一项所述的操作的指令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710082089.4A CN108427099A (zh) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | 用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710082089.4A CN108427099A (zh) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | 用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108427099A true CN108427099A (zh) | 2018-08-21 |
Family
ID=63155490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710082089.4A Withdrawn CN108427099A (zh) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | 用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108427099A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111751786A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-09 | 北京小米移动软件有限公司 | 声波测量方法、装置、设备及存储介质 |
| CN112393726A (zh) * | 2019-08-16 | 2021-02-23 | 苏州触达信息技术有限公司 | 一种超声定位***、方法、装置和计算机可读存储介质 |
| CN114584919A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-06-03 | 华东师范大学 | 使用插值方法的uwb室内定位*** |
| CN115862306A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-03-28 | 广州视声智能科技有限公司 | 基于超声波的智能控制设备控制方法和装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1841086A (zh) * | 2005-03-29 | 2006-10-04 | 松下电器产业株式会社 | 定位***和减少超声信号冲突的方法 |
| CN101726738A (zh) * | 2008-10-30 | 2010-06-09 | 日电（中国）有限公司 | 多目标定位***以及基于功率控制的多路访问控制方法 |
| CN102298097A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-28 | 华中科技大学 | 一种估计云闪雷电脉冲信号到达时间差的方法 |
| US20130279295A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Symbol Technologies, Inc. | Dual frequency ultrasonic locationing system |
| CN103455171A (zh) * | 2013-09-09 | 2013-12-18 | 吉林大学 | 一种三维交互电子白板***及方法 |
| US20160033619A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Symbol Technologies, Inc. | Ultrasonic locationing system using a dual phase pulse |
| CN105652244A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-08 | 上海酷远物联网科技有限公司 | 移动终端定位方法、声波定位收发器、移动终端及*** |
| CN105676183A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-15 | 上海酷远物联网科技有限公司 | 移动终端定位方法及*** |
-
2017
- 2017-02-15 CN CN201710082089.4A patent/CN108427099A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1841086A (zh) * | 2005-03-29 | 2006-10-04 | 松下电器产业株式会社 | 定位***和减少超声信号冲突的方法 |
| CN101726738A (zh) * | 2008-10-30 | 2010-06-09 | 日电（中国）有限公司 | 多目标定位***以及基于功率控制的多路访问控制方法 |
| CN102298097A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-28 | 华中科技大学 | 一种估计云闪雷电脉冲信号到达时间差的方法 |
| US20130279295A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Symbol Technologies, Inc. | Dual frequency ultrasonic locationing system |
| CN103455171A (zh) * | 2013-09-09 | 2013-12-18 | 吉林大学 | 一种三维交互电子白板***及方法 |
| US20160033619A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Symbol Technologies, Inc. | Ultrasonic locationing system using a dual phase pulse |
| CN105652244A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-08 | 上海酷远物联网科技有限公司 | 移动终端定位方法、声波定位收发器、移动终端及*** |
| CN105676183A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-15 | 上海酷远物联网科技有限公司 | 移动终端定位方法及*** |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112393726A (zh) * | 2019-08-16 | 2021-02-23 | 苏州触达信息技术有限公司 | 一种超声定位***、方法、装置和计算机可读存储介质 |
| CN112393726B (zh) * | 2019-08-16 | 2023-10-27 | 苏州触达信息技术有限公司 | 一种超声定位***、方法、装置和计算机可读存储介质 |
| CN111751786A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-09 | 北京小米移动软件有限公司 | 声波测量方法、装置、设备及存储介质 |
| CN111751786B (zh) * | 2020-07-01 | 2023-06-30 | 北京小米移动软件有限公司 | 声波测量方法、装置、设备及存储介质 |
| CN114584919A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-06-03 | 华东师范大学 | 使用插值方法的uwb室内定位*** |
| CN114584919B (zh) * | 2022-02-14 | 2024-04-19 | 华东师范大学 | 使用插值方法的uwb室内定位*** |
| CN115862306A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-03-28 | 广州视声智能科技有限公司 | 基于超声波的智能控制设备控制方法和装置 |
| CN115862306B (zh) * | 2022-10-21 | 2024-05-17 | 广州视声智能科技有限公司 | 基于超声波的智能控制设备控制方法和装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108427099A (zh) | 用于超声波室内定位的方法、设备、***以及移动终端 | |
| CN109902409B (zh) | 基于uwb技术构建平面图的方法和装置 | |
| CA3017902A1 (en) | Device locating using angle of arrival measurements | |
| CN104540168B (zh) | 一种测量人群拥挤度的方法、装置与*** | |
| CN108267719B (zh) | 一种水下多个信标实时定位的方法 | |
| CN108370492A (zh) | 一种室内定位的方法和设备 | |
| CN109696167A (zh) | 一种uwb室内三维定位***及方法 | |
| EP4175376A1 (en) | Positioning method, device and system for transmitting device, and storage medium and electronic device | |
| CN108449953A (zh) | 用于登记装置位置的方法和装置 | |
| CN102611962A (zh) | 基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法和装置 | |
| CN107801147A (zh) | 一种基于rssi测距改进的多区域自适应室内定位方法 | |
| US20230021829A1 (en) | Location determination using acoustic models | |
| Wang et al. | Prototyping and experimental comparison of IR-UWB based high precision localization technologies | |
| CN108828512A (zh) | 基于lbs基站的精确定位方法及设备 | |
| CN112188616A (zh) | 一种基于声学感知的室内定位方法 | |
| KR102052519B1 (ko) | 저전력 블루투스 기반의 실내 측위 방법 및 장치 | |
| Zhao et al. | VIRE: Virtual Reference Elimination for Active RFID-based Localization. | |
| JP4492391B2 (ja) | 位置測定方法およびそれを用いた位置測定装置 | |
| Mohammad et al. | Indoor localization enhancement based on time of arrival using sectoring method | |
| US20220377696A1 (en) | Object position-measuring device, method, and system | |
| CN108012230B (zh) | 一种基于旋转机构的室内定位装置及方法 | |
| Lembo et al. | Enhancing WiFi RSS fingerprint positioning accuracy: lobe-forming in radiation pattern enabled by an air-gap | |
| US11079469B2 (en) | Ultrasonic locationing system using a doubly symmetrical transmission sequence | |
| Destiarti et al. | Cluster-based PLE areas for mobile cooperative localization in indoor wireless sensor network | |
| Nuckols | Implementation of geometrically based single-bounce models for simulation of angle-of-arrival of multipath delay components in the wireless channel simulation tools, SMRCIM and SIRCIM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180821 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |