基于超聲的定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于超聲的定位系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括聲源和位置檢測(cè)裝置；聲源發(fā)出強(qiáng)度可變的超聲；所述超聲的強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則：Nc>logI(Ns)；位置檢測(cè)裝置基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，以將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源。通過(guò)基于超聲獲得定位目標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，從而不會(huì)對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)感受造成干擾，實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾定位；通過(guò)使用超聲的頻率，強(qiáng)度變化或其兩者的組合進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的單一但定位方式的多樣化的目的。
【專利說(shuō)明】基于超聲的定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及定位系統(tǒng)及方法，更具體地說(shuō)，涉及一種基于超聲的定位系統(tǒng)及方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有的位置定位一般都基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)或無(wú)線電射頻信號(hào)等對(duì)關(guān)注的目標(biāo)源進(jìn)行定位，并且定位后獲取的僅僅是簡(jiǎn)單的位置數(shù)據(jù)。然而，尚不存在基于超聲的定位的方式，以及超聲與移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)相融合的定位方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基于超聲的定位系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種基于超聲的定位系統(tǒng)，其包括聲源和位置檢測(cè)裝置；其中，聲源發(fā)出頻率大約在20?50kHz范圍且強(qiáng)度可變的超聲，所述超聲的強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變；所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T為Ims到IOOms之間；所述超聲的強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則:NC>l0gl(NS)，其中，Ne為超聲的強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為超聲的強(qiáng)度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Λ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)；所述強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得所述強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成；一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式；一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性；一種類型的所述偽隨機(jī)模式是偽隨機(jī)函數(shù)，所述偽隨機(jī)函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗(yàn)證碼、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)或其組合；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來(lái)自環(huán)境的背景聲音和來(lái)自其他聲源的超聲；位置檢測(cè)裝置基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；所述信息是簡(jiǎn)單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息；所述位置檢測(cè)裝置包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示所述信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗；所述周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機(jī)模式；所述應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置所接收的超聲與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而對(duì)該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號(hào)濾波處理以提取頻率在20?50kHz范圍的感興趣的信號(hào)以及將所述信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一的相關(guān)性運(yùn)算來(lái)將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來(lái)定位該聲源與該位置檢測(cè)裝置的距離:I=k/r2，其中，k為預(yù)定義的常數(shù)，r為所述距離；所述位置檢測(cè)裝置是移動(dòng)設(shè)備，所述移動(dòng)設(shè)備是智能手機(jī)、智能平板或膝上型計(jì)算機(jī)。[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種基于超聲的定位系統(tǒng)，其包括:聲源和位置檢測(cè)裝置；聲源其發(fā)出頻率大約在20?50kHz范圍且強(qiáng)度可變的超聲，所述超聲的強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變；所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T為Ims到IOOms之間；所述超聲的強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則=NcMog1 (Ns)，其中，Ne為超聲的強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為超聲的強(qiáng)度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Λ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)；所述強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得所述強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成；一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式；一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性；一種類型的所述偽隨機(jī)模式是偽隨機(jī)函數(shù)，所述偽隨機(jī)函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗(yàn)證碼、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)或其組合；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來(lái)自環(huán)境的背景聲音和來(lái)自其他聲源的超聲；位置檢測(cè)裝置基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；所述信息是簡(jiǎn)單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息；所述位置檢測(cè)裝置包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示所述信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗；所述周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機(jī)模式；所述應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置所接收的超聲與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而對(duì)該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號(hào)濾波處理以提取頻率在20?50kHz范圍的感興趣的信號(hào)以及將所述信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行 的相關(guān)性運(yùn)算來(lái)將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來(lái)定位該聲源與該位置檢測(cè)裝置的距離:I=k/r2，其中，k為預(yù)定義的常數(shù)，r為所述距離。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種基于超聲的定位系統(tǒng)，其包括聲源和位置檢測(cè)裝置；聲源發(fā)出頻率大約在20?50kHz范圍且強(qiáng)度可變的超聲，所述超聲的強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變；所述超聲的強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則:Nc>l0gl(Ns)，其中，Ne為超聲的強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為超聲的強(qiáng)度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Δ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)；所述強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得所述強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成；一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式；一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性；位置檢測(cè)裝置基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；所述信息是簡(jiǎn)單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息；所述位置檢測(cè)裝置包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示所述信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗；所述周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機(jī)模式；所述應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置所接收的超聲與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種基于超聲的定位系統(tǒng)，其包括聲源和位置檢測(cè)裝置；聲源發(fā)出強(qiáng)度可變的超聲；所述超聲的強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則:NC>l0gl(NS)，其中，Ne為超聲的強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為超聲的強(qiáng)度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來(lái)自環(huán)境的背景聲音和來(lái)自其他聲源的超聲；位置檢測(cè)裝置基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，以將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來(lái)定位該聲源與該位置檢測(cè)裝置的距離:I=k/r2，其中，k為預(yù)定義的常數(shù)，r為所述距離。
[0008]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，所述超聲的頻率大約在20?50kHz范圍。
[0009]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，所述超聲的強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變，所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T為Ims到IOOms之間。
[0010]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Λ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)。
[0011]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，所述超聲的強(qiáng)度具有一特定的強(qiáng)度變化模式，所述強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得所述強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成。
[0012]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式；一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性。
[0013]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，一種類型的所述偽隨機(jī)模式是偽隨機(jī)函數(shù)，所述偽隨機(jī)函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗(yàn)證碼、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)或其組
入
口 ο
[0014]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，所述信息是簡(jiǎn)單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息。
[0015]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，所述位置檢測(cè)裝置包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示所述信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗；所述周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配。
[0016]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，在該應(yīng)用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機(jī)模式；所述應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置所接收的超聲與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而對(duì)該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號(hào)濾波處理以提取頻率在20?50kHz范圍的感興趣的信號(hào)以及將所述信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一的相關(guān)性運(yùn)算。[0017]在本發(fā)明所述的基于超聲的定位系統(tǒng)中，所述位置檢測(cè)裝置是移動(dòng)設(shè)備，所述移動(dòng)設(shè)備是智能手機(jī)、智能平板或膝上型計(jì)算機(jī)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種基于超聲的定位方法，其包括以下步驟:
[0019]S41、位置檢測(cè)裝置3接收來(lái)自聲源的超聲信號(hào)；
[0020]S42、位置檢測(cè)裝置3對(duì)接收的超聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波；
[0021]S43、位置檢測(cè)裝置3對(duì)超聲信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；
[0022]S44、進(jìn)行基于頻率的超聲信號(hào)識(shí)別；
[0023]S45、基于偽隨機(jī)模式的超聲信號(hào)識(shí)別；
[0024]S46、響應(yīng)檢測(cè)的超聲信號(hào)。
[0025]在本發(fā)明所述基于超聲的定位方法中，所述超聲信號(hào)的頻率大約在20?50kHz范圍且強(qiáng)度可變，所述強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變；所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T為Ims到IOOms之間；所述強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則:Nc>l0gl(Ns)，其中，Ne為強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為強(qiáng)度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Λ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)；所述強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得所述強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成；一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式；一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性；一種類型的所述偽隨機(jī)模式是偽隨機(jī)函數(shù)，所述偽隨機(jī)函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗(yàn)證碼、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)或其組合；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來(lái)自環(huán)境的背景聲音和來(lái)自其他聲源的超聲。
[0026]在本發(fā)明所述基于超聲的定位方法中，基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；所述信息是簡(jiǎn)單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息；所述位置檢測(cè)裝置包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示所述信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗；所述周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機(jī)模式；所述應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置所接收的超聲與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而對(duì)該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號(hào)濾波處理以提取頻率在20?50kHz范圍的感興趣的信號(hào)以及將所述信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一的相關(guān)性運(yùn)算來(lái)將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來(lái)定位該聲源與該位置檢測(cè)裝置的距離:I=k/r2，其中，k為預(yù)定義的常數(shù)，r為所述距離；所述位置檢測(cè)裝置是移動(dòng)設(shè)備，所述移動(dòng)設(shè)備是智能手機(jī)、智能平板或膝上型計(jì)算機(jī)。
[0027]實(shí)施本發(fā)明的基于超聲的定位系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果:通過(guò)基于超聲獲得定位目標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，從而不會(huì)對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)感受造成干擾，實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾定位；通過(guò)使用超聲的頻率，強(qiáng)度變化或其兩者的組合進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的單一但定位方式的多樣化的目的；另外，將超聲技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩者技術(shù)的融合。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0029]圖1是本發(fā)明基于超聲的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2示出超聲的頻率和強(qiáng)度變化模式的示意圖；
[0031]圖3示出超聲的偽隨機(jī)模式與超聲中各種信號(hào)分量的相關(guān)性的示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明本發(fā)明的位置檢測(cè)裝置的定位方法的流程圖。
具體實(shí)施 方式
[0033]如圖1所示，在本發(fā)明的基于超聲的定位系統(tǒng)I中，其包括聲源2和位置檢測(cè)裝置3 ;其中，聲源發(fā)出頻率大約在20~50kHz范圍且強(qiáng)度可變的超聲，選擇該頻率范圍是因?yàn)槠湟殉隹陕?tīng)見(jiàn)的極限，也就是在該頻率范圍的超聲，人是不能聽(tīng)見(jiàn)的，同時(shí)該超聲仍然可被位置檢測(cè)裝置3接收和檢測(cè)到。
[0034]該基于超聲的定位系統(tǒng)I應(yīng)用超聲的頻率、強(qiáng)度變化(即波形)或其兩者的組合來(lái)識(shí)別對(duì)位置檢測(cè)目的的特定信號(hào)傳送。如圖2所示，該超聲(即超聲信號(hào))具有兩個(gè)維度，也就是聲波頻率和聲波強(qiáng)度變化，位置檢測(cè)裝置3也可根據(jù)上述兩個(gè)維度識(shí)別來(lái)自聲源2的信息。超聲的強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變。該時(shí)間步長(zhǎng)Λ T為Ims到IOOms之間，由此該時(shí)間步長(zhǎng)Λ T顯著大于超聲的持續(xù)時(shí)間(50 μ S)。另外，該超聲的強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足
以下準(zhǔn)則:NC>l0gl(NS)-----(1)，其中，Ne為超聲的強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為超聲的強(qiáng)度，Ns
為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Δ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)，使得在強(qiáng)度變化模式之間存在休眠或脈沖周期。
[0035]由于超聲包括噪聲，該噪聲包括來(lái)自環(huán)境的背景聲音和來(lái)自其他聲源的超聲，為了設(shè)計(jì)聲源2發(fā)出的超聲為不被外部超聲信號(hào)所干擾，也就是使某一聲源2的超聲與其他聲源或環(huán)境聲源所發(fā)出的超聲之間具有足夠的辨析度，該強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成。為此，一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式，一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性，一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關(guān)性，一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性，即如圖3所示，滿足以下條件:
[0036](m) fB(n+m)~O (2)
[0037]ΦA(chǔ)w (η) = ΣmfA (m) w (n+m)~0 (3)
[0038]其中，fA(n)為聲源A的偽隨機(jī)模式，fB (n)為聲源B的偽隨機(jī)模式，w(n)為環(huán)境的背景噪聲，η為某一數(shù)字時(shí)間延遲。
[0039]ΦΜ (η) = ΣmfA (m) fA (n+m) > 0 (4)
[0040]φ^^η)為聲源A與B之間的相關(guān)性，Φ^(η)為聲源A與環(huán)境的背景噪聲的相關(guān)性，ΦΑΑ(η)是聲源A的自相關(guān)性。因此，通過(guò)計(jì)算檢測(cè)的超聲信號(hào)與對(duì)應(yīng)于不同聲源的預(yù)定義的偽隨機(jī)模式，檢測(cè)的超聲信號(hào)就可分解成來(lái)自不同聲源的信號(hào)分量。在一實(shí)施例中，一種類型的偽隨機(jī)模式是偽隨機(jī)函數(shù)，該偽隨機(jī)函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗(yàn)證碼、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)或其組合。[0041]位置檢測(cè)裝置3基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；該信息是簡(jiǎn)單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息等。該位置檢測(cè)裝置3包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗，該周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配；在位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中集成有定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機(jī)模式。如圖4所示，首先，在步驟S41中，位置檢測(cè)裝置3接收(檢測(cè))超聲信號(hào)；接著在步驟S42中，位置檢測(cè)裝置3對(duì)接收的超聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波；然后，在步驟S43中，位置檢測(cè)裝置3對(duì)超聲信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；在步驟S44中，進(jìn)行基于頻率的超聲信號(hào)識(shí)別；在此，可以理解的步驟S43和S44是可以交換的；在步驟S45中，基于偽隨機(jī)模式的超聲信號(hào)識(shí)別；最后在步驟S46中，響應(yīng)檢測(cè)的超聲信號(hào)。由此實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置3所接收的超聲信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而對(duì)該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號(hào)濾波處理以提取頻率在20?50kHz范圍的感興趣的信號(hào)以及將所述信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行
的相關(guān)性運(yùn)算來(lái)將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來(lái)定位該聲源與該位置檢測(cè)裝置的距離:I=k/r2，其中，k為預(yù)定義的常數(shù)，r為所述距離；可以理解的，該位置檢測(cè)裝置3是移動(dòng)設(shè)備，所述移動(dòng)設(shè)備是智能手機(jī)、智能平板或膝上型計(jì)算機(jī)。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，包括: 聲源，其發(fā)出強(qiáng)度可變的超聲；所述超聲的強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則:NC>l0gl(NS)，其中，Ne為超聲的強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為超聲的強(qiáng)度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來(lái)自環(huán)境的背景聲音和來(lái)自其他聲源的超聲； 位置檢測(cè)裝置，其基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，以將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來(lái)定位該聲源與該位置檢測(cè)裝置的距離:I=k/r2，其中，k為預(yù)定義的常數(shù)，r為所述距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲的頻率大約在.20~50kHz范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲的強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變，所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T為Ims到IOOms之間；對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Λ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲的強(qiáng)度具有一特定的強(qiáng)度變化模式，所述強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得所述強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成；一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式；一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有 可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性；一種類型的所述偽隨機(jī)模式是偽隨機(jī)函數(shù)，所述偽隨機(jī)函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗(yàn)證碼、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信息是簡(jiǎn)單的文本 息和/或諸如影首視頻的多媒體息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述位置檢測(cè)裝置包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示所述信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗；所述周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，在該應(yīng)用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲源的偽隨機(jī)模式；所述應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置所接收的超聲與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而對(duì)該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號(hào)濾波處理以提取頻率在20~50kHz范圍的感興趣的信號(hào)以及將所述信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一的相關(guān)性運(yùn)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超聲的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述位置檢測(cè)裝置是移動(dòng)設(shè)備，所述移動(dòng)設(shè)備是智能手機(jī)、智能平板或膝上型計(jì)算機(jī)。
9.一種基于超聲的定位方法，其特征在于，包括以下步驟: .541、位置檢測(cè)裝置3接收來(lái)自聲源的超聲信號(hào)； . 542、位置檢測(cè)裝置3對(duì)接收的超聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波； . 543、位置檢測(cè)裝置3對(duì)超聲信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；S44、進(jìn)行基于頻率的超聲信號(hào)識(shí)別； S45、基于偽隨機(jī)模式的超聲信號(hào)識(shí)別； S46、響應(yīng)檢測(cè)的超聲信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的基于超聲的定位方法，其特征在于，所述超聲信號(hào)的頻率大約在.20~50kHz范圍且強(qiáng)度可變，所述強(qiáng)度在每一時(shí)間步長(zhǎng)Λ T后改變到下一預(yù)設(shè)置的強(qiáng)度并且在所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T的持續(xù)期間保持不變；所述時(shí)間步長(zhǎng)Λ T為Ims到IOOms之間；所述強(qiáng)度變化對(duì)于每一個(gè)聲源是獨(dú)特的并且其數(shù)值滿足以下準(zhǔn)則=NcMog1 (Ns)，其中，Ne為強(qiáng)度變化的數(shù)值，I為強(qiáng)度，Ns為所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中聲源的數(shù)量；對(duì)不同聲源的周期預(yù)定義的強(qiáng)度變化模式設(shè)置成對(duì)具有持續(xù)時(shí)間為NcX Λ T的每一 Ne強(qiáng)度變化來(lái)重復(fù)；所述強(qiáng)度變化模式配置成具有基于偽隨機(jī)值的強(qiáng)度變化，使得所述強(qiáng)度變化基于偽隨機(jī)模式來(lái)生成；一個(gè)聲源設(shè)置成具有一種類型的偽隨機(jī)模式；一種類型的偽隨機(jī)模式與另一類型的偽隨機(jī)模式具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式與來(lái)自環(huán)境的背景聲音具有可忽略的相關(guān)性；一種類型的偽隨機(jī)模式具有與其自身顯著的相關(guān)性；一種類型的所述偽隨機(jī)模式是偽隨機(jī)函數(shù)，所述偽隨機(jī)函數(shù)基于MD5消息摘要算法、基于哈希的消息驗(yàn)證碼、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)或其組合；所述超聲包括噪聲，所述噪聲包括來(lái)自環(huán)境的背景聲音和來(lái)自其他聲源的超聲；基于超聲的頻率、強(qiáng)度變化或其兩者的組合來(lái)識(shí)別特定的聲源和來(lái)自該聲源的信息；所述信息是簡(jiǎn)單的文本信息和/或諸如影音視頻的多媒體信息；所述位置檢測(cè)裝置包括用于接收超聲的麥克風(fēng)、用于顯示所述信息的顯示設(shè)備和用于周期性記錄所述麥克風(fēng)接收的超聲的時(shí)間窗；所述周期性與超聲的強(qiáng)度變化的時(shí)間步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間相匹配；在所述位置檢測(cè)裝置中裝載及運(yùn)行有用于定位的應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中集成有所述定位系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中所有聲 源的偽隨機(jī)模式；所述應(yīng)用程序通過(guò)將其所屬的位置檢測(cè)裝置所接收的超聲與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一對(duì)比來(lái)分析該超聲，從而對(duì)該超聲在頻率中執(zhí)行數(shù)字快速傅里葉變換、數(shù)字信號(hào)濾波處理以提取頻率在20~50kHz范圍的感興趣的信號(hào)以及將所述信號(hào)與存儲(chǔ)的偽隨機(jī)模式進(jìn)行一一的相關(guān)性運(yùn)算來(lái)將該超聲分解成對(duì)應(yīng)不同聲源的信號(hào)分量，從而確定該超聲的強(qiáng)度I和其所屬的聲源，使得可基于以下公式來(lái)定位該聲源與該位置檢測(cè)裝置的距離:I=k/r2，其中，k為預(yù)定義的常數(shù)，r為所述距離；所述位置檢測(cè)裝置是移動(dòng)設(shè)備，所述移動(dòng)設(shè)備是智能手機(jī)、智能平板或膝上型計(jì)算機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01S5/18GK103941228SQ201410013314
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】林曉鋒, 林曉維 申請(qǐng)人:先科研有限公司