DE102017214283A1 - A method of reproducing pilot tones via an electroacoustic system for locating a mobile terminal in a building and method for locating a mobile terminal in a building using pilot tones - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergabe von Pilottönen (112, 114, 116) über eine elektroakustische Anlage (104) zur Lokalisierung eines mobilen Endgeräts (102) in einem Gebäude, wobei die elektroakustische Anlage (104) zumindest einen ersten Lautsprecher (LS1) zur Wiedergabe eines ersten Pilottons (112), einen zweiten Lautsprecher (LS2) zur Wiedergabe eines zweiten Pilottons (114) und einen dritten Lautsprecher (LS3) zur Wiedergabe eines dritten Pilottons (116) aufweist. Durch das Verfahren werden der erste Lautsprecher (LS1), der zweite Lautsprecher (LS2) und der dritte Lautsprecher (LS3) so angesteuert, dass der erste Pilotton (112), der zweite Pilotton (114) und der dritte Pilotton (116) je in einem vom menschlichen Ohr nicht wahrnehmbaren Frequenzbereich wiedergegeben werden. The invention relates to a method for reproducing pilot tones (112, 114, 116) via an electroacoustic system (104) for locating a mobile terminal (102) in a building, wherein the electroacoustic system (104) comprises at least one first loudspeaker (LS1) Reproducing a first pilot tone (112), a second loudspeaker (LS2) for reproducing a second pilot tone (114) and a third loudspeaker (LS3) for reproducing a third pilot tone (116). By the method, the first loudspeaker (LS1), the second loudspeaker (LS2) and the third loudspeaker (LS3) are controlled so that the first pilot tone (112), the second pilot tone (114) and the third pilot tone (116) each in be reproduced a frequency range not perceptible by the human ear.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren oder einer Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a method or a device according to the category of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.
Die Outdoor-Navigation mittels GPS ist fester Bestandteil des Stands der Technik mobiler Endgeräte. Innerhalb von Gebäuden ist die Navigation mittels GPS quasi unmöglich, da hier die Signalstärke oftmals zu gering ist und Mehrfachreflexionen große Abweichungen verursachen können. Die Realisierung einer äquivalenten Indoor-Navigation stellt ein überaus wichtiges technologisches Thema dar. Die Anwendungen sind vielfältig und das Marktvolumen unüberschaubar groß.Outdoor navigation via GPS is an integral part of the state of the art of mobile devices. Within buildings, navigation via GPS is virtually impossible, since the signal strength is often too low and multiple reflections can cause large deviations. The realization of an equivalent indoor navigation represents a very important technological topic. The applications are diverse and the market volume unmanageably large.
Ein bekanntes Konzept zur Realisierung ist die Verwendung von WLAN-Routern. In vielen öffentlichen Gebäuden kann ein mobiles Endgerät die Signale einer Vielzahl von Routern empfangen. Durch Korrelationen mit der Signalstärke und der bekannten Positionierung der Router kann auf die Position des Endgeräts geschlossen werden. Die Genauigkeit ist jedoch oft unzureichend. Die Installation spezieller zusätzlicher Sender an optimierten Positionen ist eine naheliegende Erweiterung, erfordert jedoch eine Ausrüstung der Gebäude mit zusätzlicher Technik.A well-known concept for the realization is the use of WLAN routers. In many public buildings, a mobile terminal may receive the signals from a plurality of routers. By correlations with the signal strength and the known positioning of the router can be concluded that the position of the terminal. However, the accuracy is often insufficient. The installation of special additional transmitters in optimized positions is an obvious extension, but requires equipment of the buildings with additional technology.
Es sind noch andere technische Lösungen bekannt, die jedoch in den meisten Fällen den Aufbau einer lokalen Infrastruktur erforderlich machen. Der hohe Aufwand und die Heterogenität der Konzepte verhindern zumeist einen flächendeckenden Einsatz.There are other technical solutions known, but in most cases make it necessary to build a local infrastructure. The high effort and the heterogeneity of the concepts mostly prevent a widespread use.
Die Druckschriften
In der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zur Wiedergabe von Pilottönen über eine elektroakustische Anlage zur Lokalisierung eines mobilen Endgeräts in einem Gebäude, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein Verfahren zur Lokalisierung eines mobilen Endgeräts in einem Gebäude unter Verwendung von Pilottönen, ein mobiles Endgerät sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a method for reproducing pilot tones via an electroacoustic system for locating a mobile terminal in a building, furthermore a control unit using this method, a method for locating a mobile terminal in a building using Pilot tones, a mobile terminal and finally presented a corresponding computer program according to the main claims. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Es wird ein Verfahren zur Wiedergabe von Pilottönen über eine elektroakustische Anlage zur Lokalisierung eines mobilen Endgeräts in einem Gebäude vorgestellt, wobei die elektroakustische Anlage zumindest einen ersten Lautsprecher zur Wiedergabe eines ersten Pilottons, einen zweiten Lautsprecher zur Wiedergabe eines zweiten Pilottons und einen dritten Lautsprecher zur Wiedergabe eines dritten Pilottons aufweist, wobei das Verfahren zumindest den folgenden Schritt umfasst:The invention relates to a method for reproducing pilot tones via an electroacoustic system for locating a mobile terminal in a building, the electroacoustic system comprising at least a first loudspeaker for reproducing a first pilot tone, a second loudspeaker for reproducing a second pilot tone and a third loudspeaker for reproduction a third pilot tone, the method comprising at least the following step:
Ansteuern des ersten Lautsprechers, des zweiten Lautsprechers und des dritten Lautsprechers, um den ersten Pilotton, den zweiten Pilotton und den dritten Pilotton je in einem vom menschlichen Ohr nicht wahrnehmbaren Frequenzbereich wiederzugeben.Driving the first speaker, the second speaker, and the third speaker to respectively reproduce the first pilot tone, the second pilot tone, and the third pilot tone in a frequency range imperceptible to the human ear.
Unter einer elektroakustischen Anlage, kurz ELA, kann eine Beschallungsanlage verstanden werden, die im Wesentlichen der Informationsweitergabe in Form von Durchsagen dient. Die elektroakustische Anlage kann dementsprechend auf Verständlichkeit und Reichweite optimiert sein. Die Lautsprecher der elektroakustischen Anlage können innerhalb eines Raumes oder auch getrennt in unterschiedlichen Räumen oder unterschiedlichen Stockwerken des Gebäudes angeordnet sein. Bei den Lautsprechern kann es sich beispielsweise um (dicht) verteilte, fest installierte Lautsprecher handeln. Unter einem Pilotton kann ein akustisches Signal verstanden werden, das außerhalb und unabhängig von einem Nutzsignal über einen Kommunikationskanal der elektroakustischen Anlage übertragen werden kann und beispielsweise zu Kontroll-, Steuerungs-, Referenz- oder Überwachungszwecken dienen kann. Beispielsweise kann zu Selbsttestzwecken der elektroakustischen Anlage ein elektrisches Signal über Zuleitungen zu den Lautsprechern geschickt werden und dort parasitär in einen Pilotton in Form eines unhörbaren akustischen Signals umgewandelt werden. Unter einem mobilen Endgerät kann beispielsweise ein Smartphone, Tablet oder Laptop verstanden werden. Unter einem vom menschlichen Ohr nicht wahrnehmbaren Frequenzbereich kann beispielsweise ein Bereich oberhalb von 16 kHz oder unterhalb von 16 Hz verstanden werden.An electroacoustic system, ELA for short, can be understood to mean a public address system which essentially serves to transmit information in the form of announcements. The electroacoustic system can therefore be optimized for clarity and range. The speakers of the electroacoustic system can be arranged within a room or even separately in different rooms or different floors of the building. The loudspeakers may be, for example, (tightly) distributed, permanently installed loudspeakers. A pilot tone can be understood to mean an acoustic signal which can be transmitted outside and independently of a useful signal via a communication channel of the electroacoustic system and can serve, for example, for monitoring, control, reference or monitoring purposes. For example, for self-test purposes of the electroacoustic system, an electrical signal can be sent via leads to the speakers and there are parasitically converted into a pilot tone in the form of an inaudible acoustic signal. By a mobile terminal, for example, a smartphone, tablet or laptop can be understood. For example, a frequency range imperceptible to the human ear can be understood to be an area above 16 kHz or below 16 Hz.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein System zur Ortsbestimmung mobiler Endgeräte in Gebäuden auf der Basis von Pilottönen einer im Gebäude installierten elektroakustischen Anlage realisiert werden kann. Die Pilottöne fungieren dabei als akustische Signalleuchten. Durch Verwendung dieser akustischen Signale zur Indoor-Lokalisierung können gängige Lokalisierungstechniken an solchen Orten ergänzt werden, an denen beispielsweise ein GPS-Empfang grundsätzlich schlecht möglich ist, wie etwa in Gebäuden. Die akustischen Signale werden dabei als unhörbare Pilottöne von mehreren Lautsprechern abgegeben und sind je nach Ausführungsform durch ihre zeitliche Abfolge oder spektrale Ausgestaltung von Lautsprecher zu Lautsprecher unterscheidbar. Bei dem mobilen Endgerät handelt es sich typischerweise um ein Empfangsgerät in Form eines Mobiltelefons oder Tablets mit integrierter Mikrofonhardware, durch die die akustischen Signale aller Lautsprecher aufgenommen werden können. Anhand der unterschiedlichen Laufzeiten der akustischen Signale können dann die jeweiligen Abstände des Empfangsgerätes zu den Lautsprechern bestimmt werden. The approach presented here is based on the finding that a system for determining the location of mobile terminals in buildings can be implemented on the basis of pilot tones of an electroacoustic system installed in the building. The pilot tones act as acoustic signal lights. By using these acoustic signals for indoor localization common localization techniques can be supplemented in places where, for example, a GPS reception is basically poorly possible, such as in buildings. The acoustic signals are emitted as inaudible pilot tones of several speakers and are distinguishable depending on the embodiment by their timing or spectral design of speaker to speaker. The mobile terminal is typically a receiving device in the form of a mobile phone or tablet with integrated microphone hardware, through which the acoustic signals of all speakers can be recorded. Based on the different durations of the acoustic signals then the respective distances of the receiving device to the speakers can be determined.
Die Position des Empfangsgerätes im Gebäude kann beispielsweise durch Multilateration anhand eines bereitzustellenden Kartenmaterials, in dem die jeweiligen Positionen der Lautsprecher und deren charakteristische Signaleigenschaften eingetragen sind, bestimmt werden. Ein derartiges Lokalisierungsverfahren, das die Positionsbestimmung innerhalb eines Gebäudes mittels einer elektroakustischen Anlage ermöglicht, kann beispielsweise in einer Navigationsanwendung verwendet werden.The position of the receiving device in the building can be determined, for example, by multilateration on the basis of a map material to be provided, in which the respective positions of the loudspeakers and their characteristic signal properties are entered. Such a localization method, which makes it possible to determine the position within a building by means of an electroacoustic system, can be used, for example, in a navigation application.
Vorteilhafterweise erfordert ein solches Konzept kaum zusätzliche Infrastrukturmaßnahmen, da elektroakustische Anlagen in vielen Gebäuden bereits installiert sind und standardmäßig ausgebildet sind, um Pilottöne auszugeben. Die einzelnen Lautsprecher können zusätzlich so modifiziert werden, dass sie in der Lage sind, individuelle Pilottöne auszugeben. Das Konzept erfordert zudem keine Änderung der Empfangshardware und kann mit handelsüblichen Mobiltelefonen, Tablets, Laptops oder Ähnlichem umgesetzt werden. Das Konzept ermöglicht vor allem auch die Lokalisierung in großen Gebäudekomplexen, in denen bislang keine Lokalisierungsmöglichkeiten angeboten werden. Insbesondere ermöglicht das Konzept Positionsangaben mit einer Genauigkeit von kleiner 1 Meter.Advantageously, such a concept hardly requires additional infrastructure measures, since electroacoustic systems are already installed in many buildings and are designed by default to output pilot tones. The individual speakers may additionally be modified so as to be able to output individual pilot tones. The concept also requires no change in the receiving hardware and can be implemented with standard mobile phones, tablets, laptops or the like. Above all, the concept also enables localization in large building complexes in which no localization options are currently available. In particular, the concept enables position information with an accuracy of less than 1 meter.
Da die Lautsprecher der elektroakustischen Anlage sowohl zur Informationsweitergabe als auch zur Lokalisierung verwendet werden, sollte sichergestellt werden, dass sich die beiden Funktionen nicht gegenseitig behindern. Dies wird mit dem hier vorgestellten Ansatz erreicht.Since the electroacoustic system speakers are used both for information transmission and for localization, it should be ensured that the two functions do not interfere with each other. This is achieved with the approach presented here.
Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Ansteuerns der erste Lautsprecher, der zweite Lautsprecher oder der dritte Lautsprecher oder zumindest zwei der drei Lautsprecher angesteuert werden, um den ersten Pilotton, den zweiten Pilotton oder den dritten Pilotton oder zumindest zwei der drei Pilottöne in einem Frequenzbereich zwischen 18 und 30 kHz wiederzugeben. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Pilottöne von im Gebäude befindlichen Personen nicht als störende Töne oder Geräusche wahrgenommen werden.According to an embodiment, in the step of driving, the first loudspeaker, the second loudspeaker or the third loudspeaker or at least two of the three loudspeakers may be driven to provide the first pilot tone, the second pilot tone or the third pilot tone or at least two of the three pilot tones in a frequency range between 18 and 30 kHz play. This can ensure that the pilot tones are not perceived by people in the building as annoying sounds or noises.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können im Schritt des Ansteuerns der erste Lautsprecher, der zweite Lautsprecher und der dritte Lautsprecher angesteuert werden, um den ersten Pilotton, den zweiten Pilotton und den dritten Pilotton als zeitlich und/oder spektral und/oder durch unterschiedliche Codierungen voneinander abweichende akustische Signale wiederzugeben. Dadurch kann eine eindeutige Zuordnung der Pilottöne zu je einem der Lautsprecher gewährleistet werden.According to a further embodiment, in the step of driving the first loudspeaker, the second loudspeaker and the third loudspeaker can be controlled to the first pilot tone, the second pilot tone and the third pilot tone as temporally and / or spectrally and / or by different codings deviating acoustic Play signals. As a result, an unambiguous assignment of the pilot tones to each one of the speakers can be ensured.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn im Schritt des Ansteuerns der erste Lautsprecher, der zweite Lautsprecher und der dritte Lautsprecher angesteuert werden, um den ersten Pilotton, den zweiten Pilotton und den dritten Pilotton zeitsynchron wiederzugeben. Dies ist so zu verstehen, dass die drei Pilottöne in Bezug auf eine gemeinsame Zeitbasis wiedergegeben werden. Dabei können die drei Pilottöne entweder zeitgleich oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten wiedergegeben werden. Dadurch wird eine synchronisierte Wiedergabe der Pilottöne über die Lautsprecher ermöglicht.It is also advantageous if, in the step of the driving, the first loudspeaker, the second loudspeaker and the third loudspeaker are activated in order to time-synchronously reproduce the first pilot tone, the second pilot tone and the third pilot tone. This is to be understood as representing the three pilot tones with respect to a common time base. The three pilot tones can be played either at the same time or at different times. This allows synchronized playback of the pilot tones through the speakers.
Des Weiteren können im Schritt des Ansteuerns der erste Lautsprecher, der zweite Lautsprecher oder der dritte Lautsprecher angesteuert werden, um den ersten Pilotton, den zweiten Pilotton und den dritten Pilotton in Pulsen wiederzugeben, wobei sich die Pulse des ersten Pilottons, die Pulse des zweiten Pilottons und die Pulse des dritten Pilottons spektral nicht überlappen. Dadurch kann ein Kanalübersprechen bei gleichzeitiger Wiedergabe der drei Pilottöne verhindert werden.Furthermore, in the step of driving, the first speaker, the second speaker or the third speaker may be driven to reproduce the first pilot tone, the second pilot tone and the third pilot tone in pulses, wherein the pulses of the first pilot tone, the pulses of the second pilot tone and spectrally do not overlap the pulses of the third pilot tone. This can be a channel crosstalk while playing the three pilot tones are prevented.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Ansteuerns zumindest ein weiterer Lautsprecher der elektroakustischen Anlage angesteuert werden, um den ersten Pilotton wiederzugeben, sofern ein Schallausbreitungsraum des weiteren Lautsprechers keinen Schnittpunkt mit einem Schallausbreitungsraum des ersten Lautsprechers aufweist, oder, zusätzlich oder alternativ, den zweiten Pilotton wiederzugeben, sofern ein Schallausbreitungsraum des weiteren Lautsprechers keinen Schnittpunkt mit einem Schallausbreitungsraum des zweiten Lautsprechers aufweist, oder, zusätzlich oder alternativ, den dritten Pilotton wiederzugeben, sofern ein Schallausbreitungsraum des weiteren Lautsprechers keinen Schnittpunkt mit einem Schallausbreitungsraum des dritten Lautsprechers aufweist. Unter einem Schallausbreitungsraum kann ein kugel- oder halbkugelförmiger Raum rundum einen Lautsprecher verstanden werden, dessen Ausdehnung in radialer Richtung von einer akustischen Reichweite der von dem Lautsprecher ausgesandten akustischen Signale abhängig ist. Durch diese Ausführungsform können die Kanäle weiterer Lautsprecher der elektroakustischen Anlage, die sich beispielsweise in einer größeren Entfernung zum ersten, zweiten oder dritten Lautsprecher befinden, zur Wiedergabe des ersten, zweiten oder dritten Pilottons wiederverwendet werden. Der erste, zweite oder dritte Pilotton kann somit mehrfach innerhalb des Gebäudes wiedergegeben werden.In accordance with a further embodiment, in the step of the activation, at least one further loudspeaker of the electroacoustic system can be activated in order to obtain the first pilot tone if a sound propagating space of the further loudspeaker has no intersection with a sound propagating space of the first loudspeaker, or, additionally or alternatively, reproducing the second pilot sound, if a sound propagating space of the further loudspeaker has no intersection with a sound propagating space of the second loudspeaker, or additionally or alternatively to reproduce the third pilot tone, if a sound propagation space of the further speaker does not intersect with a sound propagation space of the third speaker. A sound propagation space can be understood to mean a spherical or hemispherical space around a loudspeaker, the extent of which in the radial direction depends on an acoustic range of the acoustic signals emitted by the loudspeaker. By means of this embodiment, the channels of further loudspeakers of the electroacoustic system, which are located, for example, at a greater distance from the first, second or third loudspeaker, can be reused to reproduce the first, second or third pilot tone. The first, second or third pilot tone can thus be reproduced several times within the building.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control unit which is designed to execute, to control or to implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit may comprise at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least a communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Verfahren zur Lokalisierung eines mobilen Endgeräts in einem Gebäude unter Verwendung von Pilottönen, die mittels eines Verfahrens gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen wiedergegeben werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Ermitteln einer Laufzeit des ersten Pilottons vom ersten Lautsprecher zum mobilen Endgerät, einer Laufzeit des zweiten Pilottons vom zweiten Lautsprecher zum mobilen Endgerät und einer Laufzeit des dritten Pilottons vom dritten Lautsprecher zum mobilen Endgerät unter Verwendung je eines von einem Mikrofon des mobilen Endgeräts erzeugten elektrischen Signals; und
- Bestimmen einer Entfernung des mobilen Endgeräts zum ersten Lautsprecher unter Verwendung der Laufzeit des ersten Pilottons, einer Entfernung des mobilen Endgeräts zum zweiten Lautsprecher unter Verwendung der Laufzeit des zweiten Pilottons und einer Entfernung des mobilen Endgeräts zum dritten Lautsprecher unter Verwendung der Laufzeit des dritten Pilottons, um eine einen Ort des mobilen Endgeräts im Gebäude repräsentierende Ortskoordinate zu erhalten.
- Determining a duration of the first pilot tone from the first loudspeaker to the mobile terminal, a transit time of the second pilot tone from the second loudspeaker to the mobile terminal, and a transit time of the third pilot tone from the third loudspeaker to the mobile terminal using an electrical signal generated by a microphone of the mobile terminal; and
- Determining a distance of the mobile terminal to the first speaker using the term of the first pilot tone, a distance of the mobile terminal to the second loudspeaker using the transit time of the second pilot tone and a distance of the mobile terminal to the third loudspeaker using the transit time of the third pilot tone to obtain a location coordinate representing a location of the mobile terminal in the building.
Gegenstand des hier vorgestellten Ansatzes ist auch ein mobiles Endgerät mit Einheiten, die ausgebildet sind, um das Lokalisierungsverfahren gemäß der vorstehenden Ausführungsformen auszuführen und/oder anzusteuern. Hierzu kann das mobile Endgerät, etwa ein Smartphone, Tablet oder Laptop, mit einem Mikrofon zur Detektion der Pilottöne ausgestattet sein.The object of the approach presented here is also a mobile terminal with units that are designed to execute and / or control the localization method according to the above embodiments. For this purpose, the mobile terminal, such as a smartphone, tablet or laptop, be equipped with a microphone for the detection of pilot tones.
Die im Zusammenhang mit dem hier vorgestellten Ansatz genannten Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.The methods mentioned in connection with the approach presented here can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially if the program product or program is on running a computer or a device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts und eines mobilen Endgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 ein Blockdiagramm zur Beschreibung eines Signalflusses in einem mobilen Endgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
3 eine schematische Darstellung dreier Lautsprecher einer elektroakustischen Anlage zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
4 ein Ablaufdiagramm eines Wiedergabeverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
5 ein Ablaufdiagramm eines Lokalisierungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 a schematic representation of a control device and a mobile terminal according to an embodiment; -
2 a block diagram for describing a signal flow in a mobile terminal according to an embodiment; -
3 a schematic representation of three speakers of an electroacoustic system for use in a method according to an embodiment; -
4 a flowchart of a reproduction method according to an embodiment; and -
5 a flowchart of a localization method according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Ansteuereinheit
Der Sendezeitpunkt
Unterhalb der schematischen Darstellung der elektroakustischen Anlage sind ferner drei Schaubilder gezeigt, die die Amplitudenverläufe dreier von einem Mikrofon
Beispielsweise sind die Lautsprecher
Durch die geringe Reichweite der akustischen Signale von typischerweise kleiner 100 m, vorangehend auch Pilottöne genannt, ist es möglich, die Kanäle weiterer Lautsprecher der elektroakustischen Anlage
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird über Wi-Fi bereits eine Groblokalisierung des mobilen Endgeräts
Die Pulse aller Lautsprecher werden insbesondere zeitsynchron, aber nicht zwingend gleichzeitig abgesendet, wobei die einzelnen Lautsprecher entweder durch eine konventionell vorhandene Signalleitung synchronisiert werden oder durch Funkverbindung mit dem Steuergerät
Das mobile Endgerät
Zunächst wird eine Bandpassfilterung vorgenommen, um die Signale der einzelnen Lautsprecher zu trennen. Die einzelnen Kanäle werden daraufhin gleichgerichtet und tiefpassgefiltert, um die Pulse von ihren Trägern zu trennen. Die Ankunftszeitpunkte der Pulse werden zum Beispiel aus deren Maximalwerten oder deren Flanken bestimmt. Im Fall der Ankunftszeitbestimmung über Maximalwerte werden beispielsweise Gauß-Kurven an die empfangenen Signaldaten gefittet, wobei der Zeitpunkt eines Maximums der Gauß-Kurven als Ankunftszeitpunkt gewertet wird. Soll die Ankunftszeit aus der Signalflanke eines Pulses bestimmt werden, wird das Signal zunächst geglättet, um Rauscheinflüsse zu unterdrücken, und in der Folge zeitlich differenziert. Flanken im Ursprungssignal stellen sich dann als Pulse dar und können über Pulsfitting und Ablesen der Maximumszeitpunkte bestimmt werden. Um bei Mehrwegeausbreitung den Pfad auf der Sichtlinie für die Ortsbestimmung zu nutzen, wird beispielsweise der jeweils erste Puls ausgewählt, der bei unterschiedlich langen Ausbreitungspfaden jenen Pulsen vorangeht, die auf indirektem Weg empfangen wurden. In
Aus den gemessenen Signallaufzeiten τ1... τ3 ergeben sich unter Verwendung der Schallgeschwindigkeit v die Distanzen r1...3 = τ1...3 × v zu den Lautsprechern. Durch Multilateration wird aus den einzelnen Distanzen zu mehreren Lautsprechern die Lage des Empfangsgerätes im Raum bestimmt, wie in
Für die Bestimmung der Pulslaufzeiten τ aus den Empfangszeitpunkten t ist eine gemeinsame Zeitbasis des Empfangssystems mit dem Sendersystem notwendig. Diese wird entweder, ebenso wie zwischen den Lautsprechern, per Funk hergestellt oder aber durch einen oder mehrere weitere Lautsprecher akustisch übertragen. Werden beispielsweise die Laufzeiten der drei Lautsprecher
Bei einer Übertragung der Zeitbasis vom Sendersystem zum Empfänger per Funk sendet das Steuergerät zur Ansteuerung der Lautsprecher über eine Antenne ein entsprechendes Synchronisierungssignal aus, das dann beim mobilen Endgerät
Der Kern des hier vorgestellten Ansatzes besteht in der Verwendung fest installierter Lautsprecher einer elektroakustischen Anlage für die Emission eines akustischen Signals, das von einem mobilen Endgerät mit einem Mikrofon zur Lokalisierung innerhalb von Gebäuden genutzt werden kann. Dazu strahlen die ohnehin fest installierten Lautsprecher das akustische Signal im nicht hörbaren Frequenzbereich ab, insbesondere wobei sich das akustische Signal von Lautsprecher zu Lautsprecher unterscheidet und eine zusätzliche zeitliche oder spektrale Variation aufweist. Das akustische Signal wird am Endgerät detektiert und es werden die individuellen Laufzeiten zu den Lautsprechern bestimmt. Die jeweiligen Distanzen zu den Lautsprechern werden aus den entsprechenden Signallaufzeiten berechnet. Unter Verwendung der festen Ortskoordinaten der Lautsprecher kann die Position des Senders durch Multilateration bestimmt werden, wenn mindestens drei Lautsprecher und eine gemeinsame Zeitbasis oder vier Lautsprecher ohne Zeitbasis vorhanden sind.The essence of the approach presented here is the use of fixed loudspeakers of an electroacoustic system for the emission of an acoustic signal that can be used by a mobile terminal with a microphone for localization within buildings. For this purpose, the already permanently installed loudspeakers radiate the acoustic signal in the non-audible frequency range, in particular where the acoustic signal differs from loudspeaker to loudspeaker and has an additional temporal or spectral variation. The acoustic signal is detected at the terminal and the individual transit times to the speakers are determined. The respective distances to the loudspeakers are calculated from the corresponding signal propagation times. Using the fixed spatial coordinates of the loudspeakers, the position of the transmitter can be determined by multilateration if there are at least three loudspeakers and a common time base or four loudspeakers without time base.
Das Signal verschiedener Lautsprecher unterscheidet sich beispielsweise in der Trägerfrequenz, kann aber auch durch Codierung unterschieden werden, etwa unter Verwendung digitaler orthogonaler Spreizcodes. Zur Bestimmung der Laufzeit werden die Signale je nach Ausführungsbeispiel zeitlich amplituden-, phasen- oder frequenzmoduliert, gepulst oder mit einem Chirp versehen. Diese zeitliche Variation wird empfangsseitig genutzt, um bei Kenntnis eines Absendezeitpunkts auf die Signallaufzeit und damit auf die Wegstrecke zwischen Empfangsgerät und dem jeweiligen Lautsprecher zu schließen.The signal of different loudspeakers differs, for example, in the carrier frequency, but can also be distinguished by coding, for example using digital orthogonal spreading codes. Depending on the exemplary embodiment, the signals are temporally amplitude, phase or frequency modulated, pulsed or provided with a chirp to determine the transit time. This temporal variation is used on the receiving side to close the signal propagation time and thus the distance between the receiving device and the respective speaker with knowledge of a dispatch time.
Das hier beschriebene Lokalisierungskonzept lässt sich beispielsweise zur Navigation innerhalb von Gebäuden nutzen, in denen der GPS-Empfang meist zu stark gedämpft ist, beispielsweise in Bahnhöfen, Flughäfen, öffentlichen Einrichtungen, großen Behörden, Universitäten, Einkaufszentren, Lagern oder Fabrikhallen. Dadurch können Nutzer Veranstaltungsräume, Treffpunkte, Gates, Geschäfte oder Ware leichter auffinden. Darüber hinaus kann damit im Brandfall eine anwendungsgesteuerte individualisierte Fluchtwegnavigation realisiert werden.The localization concept described here can be used, for example, for navigation within buildings in which the GPS reception is usually too dampened, for example in railway stations, airports, public institutions, large authorities, universities, shopping centers, warehouses or factory buildings. This makes it easier for users to find venues, meeting places, gates, shops or merchandise. In addition, an application-controlled individualized escape route navigation can be realized in case of fire.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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