本實用新型涉及一種三維定位技術(shù)，特別是室內(nèi)三維定位中的音頻定位裝置。

背景技術(shù)：

在本人已申請的專利中公開了一種室內(nèi)三維定位方法，它通過至少三個音頻和無線基站完成空間定位。對于如何提取音頻時間信息公開文件中沒有具體說明，此外，在原有的公開信息中提取定位信息需要不斷的通過無線電獲取同步時間量，它給使用帶來了一定的困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種使用靈活，定位精度高，響應(yīng)時間快，能適應(yīng)移動VR空間定位的音頻定位裝置。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，一種音頻定位裝置，其特征是：至少包括三個音頻發(fā)射源，三個音頻發(fā)射源分別是第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源安裝在音頻發(fā)射源固定架上。

所述的音頻發(fā)射源固定架是一個丁字結(jié)構(gòu)，音頻發(fā)射源固定架有一個中間點，中間點為坐標(biāo)原點，坐標(biāo)原點同時安裝LD，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源到坐標(biāo)原點的距離相同。

所述的音頻發(fā)射源固定架是圓形支架，音頻發(fā)射源固定架有一個中間點，中間點為坐標(biāo)原點，坐標(biāo)原點同時安裝LD，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源到坐標(biāo)原點的距離相同。

所述的音頻發(fā)射源固定架是分體架，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源分別安裝在分體架上。

所述的LD是激光器，LD垂直向下發(fā)射光點，在光點通過的位置放置音頻接收器或校正臺。

所述的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源發(fā)送的音頻頻率至少相差100Hz。

所述的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源發(fā)送的音頻頻率是1k以上的音頻頻率。

所述的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源發(fā)送的音頻頻率是連續(xù)的音頻信號包，音頻信號包與音頻信號包之間間隔小于1秒，最佳時間間隔是0.5－0.1秒。

所述的本實用新型的優(yōu)點是：由于聲速在25度時，聲波速度約為每秒340米，由空間至少三個音頻發(fā)射源構(gòu)成一組，向空間發(fā)送不同頻率的聲頻標(biāo)準(zhǔn)信號，以0.1秒為周期，音頻發(fā)射源發(fā)送到音頻接收器聲音傳送距離約34米，因此三個音頻發(fā)射源可實現(xiàn)1000立方米的空間定位。同時用聲速測距具有精度高的特點，一般情況下都能達到厘米數(shù)量級，因此實現(xiàn)1000平方米的空間定位，其響應(yīng)時間小于0.1秒，定位精度能達到1個厘米。在VR或其它領(lǐng)域能方便實現(xiàn)高精度、高速度的空間定位。

采用高精度的處理器將咪頭接收的音頻信號經(jīng)高精度A/D采樣實現(xiàn)數(shù)字化，然后通過傅里葉變換進行選頻處理，通過建立存貯的音頻音標(biāo)信號與傅里葉變后的信號進行二次相關(guān)檢測，實現(xiàn)對音頻發(fā)射源信號的精準(zhǔn)時間檢測，確保檢測信息的可靠真實。

附圖說明

下面結(jié)合實施例附圖對本實用新型信進一步說明：

圖1是本實用新型實施例的流程圖；

圖2是本實用新型實施例的實施例說明圖；

圖3是本實用新型實施例的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源第一種坐標(biāo)建立圖；

圖4是本實用新型實施例的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源第二種坐標(biāo)建立圖；

圖5是音頻音標(biāo)信號圖；

圖6是咪頭接收的音頻信號波形圖；

圖7是通過實時距離t1、t2、t3計算音頻接收器相對于三個音頻發(fā)射源空間坐標(biāo)的相對坐標(biāo)流程圖；

圖8是音頻定位裝置；

圖9是激光器。

圖中，1、第一音頻發(fā)射源；2、；第二音頻發(fā)射源；3、第三音頻發(fā)射源；4、音頻接收器；5、坐標(biāo)原點；6、校正臺；7、LD；8、音頻發(fā)射源固定架。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，一種音頻定位方法，包括如下步驟：

1)第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3以不同的音頻頻率間隔向空間發(fā)送音頻信號包；第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3發(fā)送的音頻標(biāo)準(zhǔn)信號間隔是80ms，寬度是3ms，頻率分別是2.5k、3k、3.5k；見圖2所示。

2)音頻接收器4是一臺手機或一體式移動VR或是具有高精度A/D接口的處理器、咪頭和通信電路構(gòu)成的音頻處理器，處理器的A/D精度在12位以上，音頻接收器4存貯有3ms寬的2.5k、3k、3.5k音頻信號源；見圖2所示。

3)音頻接收器4不間斷的接收音頻信號；音頻信號采用分段處理，每段大于等于80ms；音頻信號連續(xù)采集，以便在定位中不形成空區(qū)。見圖3所示。

4)音頻接收器4通過傅里葉變換對音頻數(shù)據(jù)分別進行2.5k、3k、3.5k的選頻處理，形成三個文件進行存貯，然后用存貯的3ms寬的2.5k、3k、3.5k音頻信號源與存貯的三個文件分別進行同頻率信號卷積，得到卷積過程中的最大值位置，或者說檢測到第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3發(fā)送的信號位置；見圖4所示，圖4中的上波形是選頻處理，形成三個文件進行存貯。圖4的下波形為3ms，從左向右與上波形開始卷積，上波形在80ms－100ms之間。

實際的步驟4)可以通過以下步驟：

以存貯的每一個音頻發(fā)射源的音頻信號包與接收的音頻信息進行卷積；

對卷積移位數(shù)進行計數(shù)；

對每一次移位數(shù)的卷積結(jié)果進行存貯；

卷積結(jié)束后，給出最大結(jié)果的移位數(shù)；

計算移位一次對應(yīng)的時間；

用移位數(shù)*移位一次對應(yīng)的時間求出對應(yīng)音頻發(fā)射源到音頻接收器的時間t；

依據(jù)速度公式計算音頻發(fā)射源到音頻接收器的距離r＝t*v；

其中，v是在溫度環(huán)境下的聲音速度，t是傳送時間，r是距離。

5)獲取第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3分別到音頻接收器4的接收時間，計算三個音頻發(fā)射源相對于音頻接收器的實時距離；

步驟5)或用如下步驟說明：如圖5所示，

依據(jù)步驟4）計算r1、r2、r3，其中，r1是音頻發(fā)射源1到音頻接收器4的距離，r2是音頻發(fā)射源2到音頻接收器4的距離，r3是音頻發(fā)射源3到音頻接收器4的距離；

計算r1、r2、r3還包括確定三個音頻發(fā)射源的啟始時間t01、t02、t03；

其中，t01是第一音頻發(fā)射源的啟始音頻發(fā)送時間，t02是第二音頻發(fā)射源的啟始音頻發(fā)送時間，t03是第三音頻發(fā)射源的啟始音頻發(fā)送時間；

通過音頻接收器檢測出每一個音頻發(fā)射源發(fā)射的音頻信號到音頻接收器的實時時間，ti1、ti2、ti3；

其中，ti1是音頻發(fā)射源1到音頻接收器4的時間，ti2是音頻發(fā)射源2到音頻接收器4的時間，ti3是音頻發(fā)射源3到音頻接收器4的時間；

用公式ti1－t01＝t1，t1是得到的第一音頻發(fā)射源到音頻接收器所需要的時間，

用ti2－t02＝t2，t2是得到的第二音頻發(fā)射源到音頻接收器所需要的時間；

用ti3－t03＝t3，t3是得到的第三音頻發(fā)射源到音頻接收器所需要的時間；

t1、t2、t3在0.01-1秒之間，優(yōu)選值在0.08秒。

依據(jù)速度公式計算第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源分別到音頻接收器的距離r1、r2、r3。

當(dāng)t01＝t02＝t03時，則表示第一音頻發(fā)射源和第二音頻發(fā)射源和第三音頻發(fā)射源采用同步音頻發(fā)送；當(dāng)t01≠t02≠t03時，則表示第一音頻發(fā)射源和第二音頻發(fā)射源和第三音頻發(fā)射源采用異步音頻發(fā)送。

6)用存貯的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源分別的的坐標(biāo)通過實時距離計算音頻接收器相對于三個音頻發(fā)射源空間坐標(biāo)的相對坐標(biāo)。

步驟6)或用如下步驟說明：如圖6所示：

201）給出第一音頻發(fā)射源的坐標(biāo)A（x1,y1,z1）、第二音頻發(fā)射源的坐標(biāo)B（x2,y2,z2）、第三音頻發(fā)射源的坐標(biāo)C（x3,y3,z3）；

202）用r1為半徑，坐標(biāo)A（x1,y1,z1）為中心，建立r1半徑上球面坐標(biāo)公式；

203）用r2為半徑，坐標(biāo)B（x2,y2,z2）為中心，建立r2半徑上球面坐標(biāo)公式；

204）用r3為半徑，坐標(biāo)C（x3,y3,z3）為中心，建立r3半徑上球面坐標(biāo)公式；

205）使上述三個公式相等，建立聯(lián)立方程，計算上述三個球面的相交點坐標(biāo)，也就是音頻接收器相對于三個音頻發(fā)射源空間坐標(biāo)的相對坐標(biāo)。

如圖7所示，所述的分別給出第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源的坐標(biāo)A（x1,y1,z1）、B（x2,y2,z2）和C（x3,y3,z3）是以中心點O（0,0,0）為中心坐標(biāo)點，分別將第一音頻發(fā)射源坐標(biāo)A（x1,y1,z1）、第二音頻發(fā)射源坐標(biāo)B（x2,y2,z2）、第三音頻發(fā)射源坐標(biāo)C（x3,y3,z3）分布在中心點O（0,0,0）為中心點的圓周上。

一種音頻定位裝置，如圖8和圖9所示，至少包括三個音頻發(fā)射源，三個音頻發(fā)射源分別是第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3安裝在音頻發(fā)射源固定架8，三個音頻發(fā)射源以不同的音頻頻率連續(xù)向空間發(fā)送音頻信號包；音頻發(fā)射源固定架8的空間尺寸確定第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的空間坐標(biāo)。

音頻發(fā)射源固定架8是一個丁字結(jié)構(gòu)，中間點為坐標(biāo)原點5，坐標(biāo)原點5同時安裝LD7，丁字結(jié)構(gòu)的三端分別安裝第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3到坐標(biāo)原點5距離相同。

如果坐標(biāo)原點5的坐標(biāo)為O（0，0，0），則第一音頻發(fā)射源1坐標(biāo)A（－L,0，0），第二音頻發(fā)射源2坐標(biāo)B（0, －L，0），第三音頻發(fā)射源3坐標(biāo)C（L,0，0）。L是第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3分別到音頻發(fā)射源4的距離，其距離相同。

音頻發(fā)射源固定架8是一個圓形支架，圓形支架中間點為坐標(biāo)原點5，坐標(biāo)原點5同時安裝LD7，圓周上分別安裝第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3按120度分配在圓周上，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3到坐標(biāo)原點5距離相同。

如圖9所示，LD7是激光器，LD7垂直向下發(fā)射光點，在光點通過的位置放置音頻接收器4或校正臺6，當(dāng)放置校正臺6時，將音頻接收器4放在校正臺6上，光點對準(zhǔn)音頻接收器4，同時使音頻接收器4處在初始化狀態(tài)，當(dāng)LD7到校正臺6距離已知為h情況下，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3分別發(fā)送的音頻標(biāo)準(zhǔn)信號到音頻接收器4的距離相同，音頻接收器4的坐標(biāo)點是：D（0，0，h），在已知音頻接收器4的坐標(biāo)點D（0，0，h）和第一音頻發(fā)射源1坐標(biāo)A（－L,0，0），第二音頻發(fā)射源2坐標(biāo)B（0,－L，0），第三音頻發(fā)射源3坐標(biāo)C（L,0，0）時，音頻接收器4只要測出第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3發(fā)送的音頻標(biāo)準(zhǔn)信號時間，就能方便計算出啟始音頻發(fā)送時間。

本實用新型中，音頻發(fā)射源固定架8可以是一體的，也可以是分體的。音頻發(fā)射源固定架8采用一體結(jié)構(gòu)，出廠使用時，系統(tǒng)容易自動將第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的坐標(biāo)發(fā)出到音頻接收器4，讓使用者方便使用。音頻發(fā)射源固定架8是分體時，需要測量第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的坐標(biāo)，然后將第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的坐標(biāo)發(fā)出到音頻接收器4。分體的具有靈活、不影響環(huán)境的優(yōu)點。

音頻接收器4通過咪頭接收音頻信號，音頻信號或經(jīng)過低噪音放大器放大處理后，在由高精度A/D進行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)字選頻處理?；蚴峭ㄟ^將咪頭接收的音頻信號直接經(jīng)高精度A/D采樣實現(xiàn)數(shù)字化，然后通過傅里葉變進行選頻處理，由建立存貯的音頻音標(biāo)信號（音頻信號包）與傅里葉變后的信號進行卷積相關(guān)檢測。

本實用新型中，使音頻接收器4處在初始化狀態(tài)下，音頻接收器4可以獲取啟始音頻發(fā)送時間。

本實用新型的結(jié)構(gòu)和方法不局限在公開的說明書文件中，依照本實用新型的思想，并沒有進行實質(zhì)技術(shù)的改變的情況下所做的改變均屬本實用新型的保護內(nèi)容。