CN103645462B - 一种声波定位方法和终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声波定位方法和终端，该方法包括：发起定位的定位参与终端确定并广播定位声波频率，确定伪随机码的码字长度和码本大小，从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字；每个定位参与终端用对应的码字编码载波生成定位声波，发送该定位声波；第一定位参与终端解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻；第一定位参与终端获取第三时刻和第四时刻；根据第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻和第一定位参与终端、第二定位终端本身的声波发送装置到其声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离。通过该方法和终端，参与定位的终端之间不需要进行时间同步，实现较简单。

Description

一种声波定位方法和终端

技术领域

本发明涉及定位技术，尤其涉及一种声波定位方法和终端。

背景技术

随着定位技术的发展，定位技术在各个领域中发挥着重要的作用。其中，采用声波进行定位的方法也是定位技术中的重要组成部分。

现有技术中，采用声波的定位方法主要使用特制的窄带超声波设备，其使用的声波频率为50kHz到100kHz。对多终端进行定位时，采用时分复用的方式，多个终端进行时间同步，每个终端逐一发出声音信号，采用特制的超声波设备接收该声音信号，根据该声音信号及其到达的时间进行定位。

通过上述描述可见，现有技术中的声波定位方法需要参与定位的终端之间进行时间同步，实现较复杂。

发明内容

本发明提供了一种声波定位方法和终端，在该方法中，参与定位的终端之间不需要进行时间同步，实现较简单。

一方面，本发明提供了一种声波定位方法，所述方法包括：

发起定位的定位参与终端确定定位声波频率，广播所述定位声波频率，确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字；

每个定位参与终端生成频率为所述定位声波频率的载波，并用对应的码字对所述载波进行编码生成对应的定位声波，在每个预先设定的定位周期内的任意时间发送所述定位声波；

第一定位参与终端接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的定位声波对应的定位参与终端，其中，第二定位参与终端的定位声波到达该第一定位参与终端的时刻为第一时刻，第一定位终端的定位声波到达本终端的时刻为第二时刻，所述第二定位参与终端为第一定位参与终端识别出的除本终端外的定位参与终端；

第一定位参与终端获取第三时刻和第四时刻，其中，所述第三时刻是所述第一定位参与终端的定位声波到达所述第二定位参与终端的时刻，所述第四时刻是所述第二定位参与终端的定位声波到达本终端的时刻；

根据所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离；

所述声波发送装置用于发送定位声波；

所述声波接收装置用于接收定位声波；

在所述预先设定的定位周期内，每个定位参与终端发送一次本终端的定位声波。

进一步地，在所述确定伪随机码的码字长度和码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数之前，进一步包括：

发起定位的定位参与终端发出定位请求，接收响应信息，得出定位参与终端的数量和每个定位参与终端的信息；

所述从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字，包括：

发起定位的定位参与终端建立每个定位参与终端与码字的对应关系，使每个定位参与终端对应唯一的码字，并将携带该对应关系的信息发送给每个定位参与终端；

和／或，

所述发起定位的定位参与终端确定定位声波频率，包括：

发起定位的定位参与终端录制一段背景声音，对背景声音进行频谱能量分析，选择背景声音中能量最小的频率作为定位声波频率。

进一步地，所述确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，包括：

根据公式M>n和公式确定参数s和伪随机码的码字长度、码本大小；

其中，M为码本大小，n为定位参与终端的数量，M，n都是正整数，T为码字周期，f_s为声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，s为正整数，所述声波生成模块用于生成定位声波。

进一步地，所述伪随机码为黄金编码；

所述确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，包括：

根据公式2^r+1>n和公式确定参数r和参数s；

根据参数r得出黄金编码的周期为2^r-1位，黄金编码的码本大小为2^r+1；

其中，r为黄金编码的参数，n为定位参与终端的数量，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，r为正整数且r≠0mod4，s、n为正整数，所述定位声波生成模块用于生成定位声波。

进一步地，所述根据所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，包括：

根据公式以下公式得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离：

$d=\frac{c((t_1-t_2)-(t_4-t_3))}{2}+d_1+d_2$

其中，d为所述第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，d₁为所述第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离，d₂为所述第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻，t₃第三时刻，t₄第四时刻，c为声波传播速度。

进一步地，所述第一定位参与终端接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的非本终端的定位声波对应的第二定位参与终端，包括：

所述第一定位参与终端接收复合声波R(t)=F(t)+I(t)+n(t)，利用窄带带通滤波器对复合声波进行过滤，输出声波信号F₁(t)，将F₁(t)乘以载波cos(ω_ct)得到第一信号F₁(t)cos(ω_ct)，用通过频率小于ω_c的低通滤波器滤除第一信号中频率为ω_c和2ω_c的分量，得到第二信号F₂(t)，解码F₂(t)，获得F₂(t)中的至少一个定位声波对应的码字C_i(t)，并根据该码字识别出对应的至少一个定位参与终端；

采用长度为的滑动窗口在F₂(t)逐个采样点滑动，每滑动一次后，根据以下公式计算窗口内声波与接收到的定位声波对应的码字的

相关度： $X=\frac{{\mathrm{\Σ}}_t\left[(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)\right]}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)}^2}\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)}^2}}$

找到与码字C_i(t)相关度最大的窗口位置，该位置为所述接收到的定位声波到达所述第一定位参与终端的时刻，

其中，X为每滑动一次后，窗口内声波与第一定位参与终端的码字的相关度，C_i(t)为接收到的定位声波对应的码字，i为接收到的定位声波对应的定位参与终端的编号，为C_i(t)的平均值，为F₂(t)在窗口内的平均值，ω_c为所述定位声波频率的角频率，cos(ω_ct)是频率为ω_c的载波，R(t)为所述复合声波，F(t)为第一定位参与终端的定位声波，n(t)为干扰噪音，T为码字周期，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，所述窄带带通滤波器的通带为[f_c-k，f_c+k]，f_c为所述定位声波频率，k为常数，D为预先设置的最大容忍延迟。

另一方面本发明提供了一种声波定位终端，所述终端包括：

定位发起模块，用于确定定位声波频率，广播所述定位声波频率，确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字；

声波生成模块，用于生成频率为定位发起模块确定的定位声波频率的载波，并用对应的码字对所述载波进行编码生成对应的定位声波，通过声波发送装置在每个预先设定的定位周期内的任意时间发送所述定位声波，其中，所述声波发送装置用于发送定位声波，在所述预先设定的定位周期内，每个定位参与终端发送一次本终端的定位声波。

解码模块，用于通过声波接收装置接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的定位声波对应的定位参与终端，其中，第二定位参与终端的定位声波到达该第一定位终端的时刻为第一时刻，第一定位终端的定位声波到达本终端的时刻为第二时刻，所述第一定位终端为本终端，第二定位参与终端为第一定位参与终端识别出的除本终端外的定位参与终端，所述声波接收装置用于接收定位声波；

获取模块，用于获取第三时刻和第四时刻，其中，所述第三时刻是所述第一定位参与终端的定位声波到达所述第二定位参与终端的时刻，所述第四时刻是所述第二定位参与终端的定位声波到达本终端的时刻；

距离确定模块，用于根据所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离。

进一步地，所述定位发起模块，还用于在所述确定伪随机码的码字长度和码本大小之前，发出定位请求，接收响应信息，得出定位参与终端的数量和每个定位参与终端的信息；

所述定位发起模块，用于建立每个定位参与终端与码字的对应关系，使每个定位参与终端对应唯一的码字，并将携带该对应关系的信息发送给每个定位参与终端；

和／或，

所述定位发起模块，用于录制一段背景声音，对背景声音进行频谱能量分析，选择背景声音中能量最小的频率作为定位声波频率。

进一步地，所述定位发起模块，用于根据公式M>n和公式确定参数s和伪随机码的码字长度、码本大小；

其中，M为码本大小，n为定位参与终端的数量，M，n都是正整数，T为码字周期，f_s为声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，s为正整数，所述声波生成模块用于生成定位声波。

进一步地，所述伪随机码为黄金编码；

所述定位发起模块，用于根据公式2^r+1>n和公式确定参数r和参数s；

根据参数r得出黄金编码的周期为2^r-1位，黄金编码的码本大小为2^r+1；

其中，r为黄金编码的参数，n为定位参与终端的数量，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，r为正整数且r≠0mod4，s、n为正整数，所述定位声波生成模块用于生成定位声波。

进一步地，所述距离确定模块，用于根据公式以下公式得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离：

$d=\frac{c((t_1-t_2)-(t_4-t_3))}{2}+d_1+d_2$

其中，d为所述第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，d₁为所述第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离，d₂为所述第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻，t₃第三时刻，t₄第四时刻，c为声波传播速度。

进一步地，所述解码模块，用于通过所述声波接收装置接收复合声波R(t)=F(t)+I(t)+n(t)，利用窄带带通滤波器对复合声波进行过滤，输出声波信号F₁(t)，将F₁(t)乘以载波cos(ω_ct)得到第一信号F₁(t)cos(ω_ct)，用通过频率小于ω_c的低通滤波器滤除第一信号中频率为ω_c和2ω_c的分量，得到第二信号F₂(t)，解码F₂(t)，获得F₂(t)中的至少一个定位声波对应的码字C_i(t)，并根据该码字识别出对应的至少一个定位参与终端；

采用长度为的滑动窗口在F₂(t)逐个采样点滑动，每滑动一次后，根据以下公式计算窗口内声波与接收到的定位声波对应的码字的

相关度： $X=\frac{{\mathrm{\Σ}}_t\left[(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)\right]}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)}^2}\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)}^2}}$

找到与码字C_i(t)相关度最大的窗口位置，该位置为所述接收到的定位声波到达所述第一定位参与终端的时刻，

其中，X为每滑动一次后，窗口内声波与第一定位参与终端的码字的相关度，C_i(t)为接收到的定位声波对应的码字，i为接收到的定位声波对应的定位参与终端的编号，为C_i(t)的平均值，为F₂(t)在窗口内的平均值，ω_c为所述定位声波频率的角频率，cos(ω_ct)是频率为ω_c的载波，R(t)为所述复合声波，F(t)为第一定位参与终端的定位声波，n(t)为干扰噪音，T为码字周期，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，所述窄带带通滤波器的通带为[f_c-k，f_c+k]，f_c为所述定位声波频率，k为常数，D为预先设置的最大容忍延迟。

通过本发明提供的方法和终端，定位参与终端可以在每个定位周期内的任意时间发送定位声波，定位参与终端之间不需要进行时间同步，实现较简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明一实施例提供的一种声波定位方法；

图2是本发明一实施例提供的一种声波定位终端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种声波定位方法，参见图1，该方法包括：

步骤101：发起定位的定位参与终端确定定位声波频率，广播该定位声波频率，确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字；

步骤102：每个定位参与终端生成频率为定位声波频率的载波，并用对应的码字对该载波进行编码生成对应的定位声波，在每个预先设定的定位周期内的任意时间发送该定位声波；

步骤103：第一定位参与终端接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的定位声波对应的定位参与终端，其中，第二定位参与终端的定位声波到达该第一定位参与终端的时刻为第一时刻，第一定位终端的定位声波到达本终端的时刻为第二时刻，第二定位参与终端为第一定位参与终端识别出的除本终端外的定位参与终端；

步骤104：第一定位参与终端获取第三时刻和第四时刻，其中，该第三时刻是第一定位参与终端的定位声波到达第二定位参与终端的时刻，该第四时刻是第二定位参与终端的定位声波到达本终端的时刻；

步骤105：根据第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离；

其中，声波发送装置用于发送定位声波，声波接收装置用于接收定位声波。在预先设定的定位周期内，每个定位参与终端发送一次本终端的定位声波。

通过本发明实施例提供的方法，定位参与终端可以在每个定位周期内的任意时间发送定位声波，定位参与终端之间不需要进行时间同步，实现较简单。

在确定伪随机码的码字长度和码本大小之前，发起定位的定位参与终端发出定位请求，接收响应信息，得出定位参与终端的数量和每个定位参与终端的信息。

从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字，具体包括：

发起定位的定位参与终端建立每个定位参与终端与码字的对应关系，使每个定位参与终端对应唯一的码字，并将携带该对应关系的信息发送给每个定位参与终端。

发起定位的定位参与终端确定定位声波频率，具体包括：发起定位的定位参与终端录制一段背景声音，对背景声音进行频谱能量分析，选择背景声音中能量最小的频率作为定位声波频率。可以选择15kHz到20kHz范围内的背景声音中能量最小的频率作为定位声波频率。

确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，具体包括：

根据公式M>n和公式确定参数s和伪随机码的码字长度、码本大小；

其中，M为码本大小，n为定位参与终端的数量，M，n都是正整数，T为码字周期，f_s为声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，s为正整数，声波生成模块用于生成定位声波。

可以选择黄金编码为用于编码的伪随机码；

确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，具体包括：

根据公式2r+1>n和公式确定参数r和参数s；

根据参数r得出黄金编码的周期为2^r-1位，黄金编码的码本大小为2^r+1；

其中，r为黄金编码的参数，n为定位参与终端的数量，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，r为正整数且r≠0mod4，s、n为正整数，定位声波生成模块用于生成定位声波。可以根据需要选择设置合适最大容忍延迟。

可以根据公式以下公式得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离：

$d=\frac{c((t_1-t_2)-(t_4-t_3))}{2}+d_1+d_2$

其中，d为第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，d₁为第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离，d₂为第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻，t₃第三时刻，t₄第四时刻，c为声波传播速度。

第一定位参与终端接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的非本终端的定位声波对应的第二定位参与终端，具体包括：

第一定位参与终端接收复合声波R(t)=F(t)+I(t)+n(t)，利用窄带带通滤波器对复合声波进行过滤，输出声波信号F₁(t)，将F₁(t)乘以载波cos(ω_ct)得到第一信号F₁(t)cos(ω_ct)，用通过频率小于ω_c的低通滤波器滤除第一信号中频率为ω_c和2ω_c的分量，得到第二信号F₂(t)，解码F₂(t)，获得F₂(t)中的至少一个定位声波对应的码字C_i(t)，并根据该码字识别出对应的至少一个定位参与终端；

采用长度为的滑动窗口在F₂(t)逐个采样点滑动，每滑动一次后，根据以下公式计算窗口内声波与接收到的定位声波对应的码字的

的相关度： $X=\frac{{\mathrm{\Σ}}_t\left[(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)\right]}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)}^2}\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)}^2}}$

找到与码字C_i(t)相关度最大的窗口位置，该位置为该接收到的定位声波到达第一定位参与终端的时刻，

其中，X为每滑动一次后，窗口内声波与第一定位参与终端的码字的相关度，C_i(t)为接收到的定位声波对应的码字，i为接收到的定位声波对应的定位参与终端的编号，为C_i(t)的平均值，为F₂(t)在窗口内的平均值，ω_c为定位声波频率的角频率，cos(ω_ct)是频率为ω_c的载波，R(t)为复合声波，F(t)为第一定位参与终端的定位声波，n(t)为干扰噪音，T为码字周期，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，该窄带带通滤波器的通带为[f_c-k，f_c+k]，f_c为定位声波频率，k为常数，D为预先设置的最大容忍延迟。

本发明实施例提供了一种声波定位终端，参见图2，该终端包括：

定位发起模块201，用于确定定位声波频率，广播该定位声波频率，确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字；

声波生成模块202，用于生成频率为定位发起模块201确定的定位声波频率的载波，并用对应的码字对该载波进行编码生成对应的定位声波，通过声波发送装置在每个预先设定的定位周期内的任意时间发送该定位声波，其中，声波发送装置用于发送定位声波，在预先设定的定位周期内，每个定位参与终端发送一次本终端的定位声波。

解码模块203，用于通过声波接收装置接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的定位声波对应的定位参与终端，其中，第二定位参与终端的定位声波到达该第一定位终端的时刻为第一时刻，第一定位终端的定位声波到达本终端的时刻为第二时刻，第一定位终端为本终端，第二定位参与终端为第一定位参与终端识别出的除本终端外的定位参与终端，声波接收装置用于接收定位声波；

获取模块204，用于获取第三时刻和第四时刻，其中，第三时刻是第一定位参与终端的定位声波到达第二定位参与终端的时刻，第四时刻是第二定位参与终端的定位声波到达本终端的时刻；

距离确定模块205，用于根据第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离。

另外，定位发起模块201，还用于在确定伪随机码的码字长度和码本大小之前，发出定位请求，接收响应信息，得出定位参与终端的数量和每个定位参与终端的信息。

定位发起模块201，用于建立每个定位参与终端与码字的对应关系，使每个定位参与终端对应唯一的码字，并将携带该对应关系的信息发送给每个定位参与终端。

定位发起模块201，用于录制一段背景声音，对背景声音进行频谱能量分析，选择背景声音中能量最小的频率作为定位声波频率。

定位发起模块201，用于根据公式M>n和公式确定参数s和伪随机码的码字长度、码本大小；

其中，M为码本大小，n为定位参与终端的数量，M，n都是正整数，T为码字周期，f_s为声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，s为正整数，声波生成模块用于生成定位声波。

可以选取黄金编码作为编码用的伪随机码，定位发起模块201，用于

用于根据公式2^r+1>n和公式确定参数r和参数s；

根据参数r得出黄金编码的周期为2^r-1位，黄金编码的码本大小为2^r+1；

其中，r为黄金编码的参数，n为定位参与终端的数量，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，r为正整数且r≠0mod4，s、n为正整数，定位声波生成模块用于生成定位声波。

距离确定模块205，用于根据公式以下公式得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离：

$d=\frac{c((t_1-t_2)-(t_4-t_3))}{2}+d_1+d_2$

其中，d为第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，d₁为第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离，d₂为第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻，t₃第三时刻，t₄第四时刻，c为声波传播速度。

解码模块203，用于通过声波接收装置接收复合声波R(t)=F(t)+I(t)+n(t)，利用窄带带通滤波器对复合声波R(t)进行过滤，输出声波信号F₁(t)，将F₁(t)乘以载波cos(ω_ct)得到第一信号F₁(t)cos(ω_ct)，用通过频率小于ω_c的低通滤波器滤除第一信号中频率为ω_c和2ω_c的分量，得到第二信号F₂(t)，解码F₂(t)，获得F₂(t)中的至少一个定位声波对应的码字C_i(t)，并根据该码字识别出对应的至少一个定位参与终端；

采用长度为的滑动窗口在F₂(t)逐个采样点滑动，每滑动一次后，根据以下公式计算窗口内声波与接收到的定位声波对应的码字的

相关度： $X=\frac{{\mathrm{\Σ}}_t\left[(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)\right]}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)}^2}\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)}^2}}$

找到与码字C_i(t)相关度最大的窗口位置，该位置为该接收到的定位声波到达第一定位参与终端的时刻，

其中，X为每滑动一次后，窗口内声波与第一定位参与终端的码字的相关度，C_i(t)为接收到的定位声波对应的码字，i为接收到的定位声波对应的定位参与终端的编号，为C_i(t)的平均值，为F₂(t)在窗口内的平均值，ω_c为定位声波频率的角频率，cos(ω_ct)是频率为ω_c的载波，R(t)为复合声波，F(t)为第一定位参与终端的定位声波，n(t)为干扰噪音，T为码字周期，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，窄带带通滤波器的通带为[f_c-k，f_c+k]，f_c为定位声波频率，k为常数，D为预先设置的最大容忍延迟。

需要说明的是：定位参与终端可以使用普通的智能设备，如智能手机、平板电脑；声波发送装置可以用普通的智能设备上的扬声器实现，声波接收装置可以用普通的智能设备上的麦克风实现。

在定位参与终端测得彼此之间的距离之后，结合三角定位，可以获得各个终端之间的相对位置，当确定了定位参与终端中三个以上的终端的绝对位置，就可以得到其他定位参与终端的绝对位置。

通过上述描述可见，本发明实施例具有如下有益效果：

1、通过本发明实施例提供的方法和终端，定位参与终端可以在每个定位周期内的任意时间发送定位声波，定位参与终端之间不需要进行时间同步，实现较简单。

2、通过本发明实施例提供的方法和终端，通过对背景声音进行频谱能量分析，确定能量最小的频率为定位声波频率，能够有效的降低背景声音对定位声波的干扰。通过每个与定位参与终端对应的伪随机码对载波进行编码获得定位声波，通过解码该定位声波可以获得对应的定位参与终端的信息。

3、通过本发明实施例提供的方法和终端，无需任何特殊设备，即可实现终端之间的定位，具有成本低，部署简单方便，适用范围广的优势，能广泛应用于各种场合和设备。

4、通过本发明实施例提供的方法和终端，能够实现终端之间的定位，抗干扰性强，能达到厘米级别定位，定位精度高，无需任何时间同步操作，也无需对多设备进行时间调度，多设备可随意时间发声，具有定位延迟低的特点，可用于多动态对象的实时定位。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种声波定位方法，其特征在于，所述方法包括：

发起定位的定位参与终端确定定位声波频率，广播所述定位声波频率，确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字；

每个定位参与终端生成频率为所述定位声波频率的载波，并用对应的码字对所述载波进行编码生成对应的定位声波，在每个预先设定的定位周期内的任意时间发送所述定位声波；

第一定位参与终端接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的定位声波对应的定位参与终端，其中，第二定位参与终端的定位声波到达该第一定位参与终端的时刻为第一时刻，第一定位终端的定位声波到达本终端的时刻为第二时刻，所述第二定位参与终端为第一定位参与终端识别出的除本终端外的定位参与终端；

第一定位参与终端获取第三时刻和第四时刻，其中，所述第三时刻是所述第一定位参与终端的定位声波到达所述第二定位参与终端的时刻，所述第四时刻是所述第二定位参与终端的定位声波到达本终端的时刻；

根据所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离；

所述声波发送装置用于发送定位声波；

所述声波接收装置用于接收定位声波；

在所述预先设定的定位周期内，每个定位参与终端发送一次本终端的定位声波；

其中，所述根据所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，包括：

根据公式以下公式得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离：

$d=\frac{c((t_1-t_2)-(t_4-t_3))}{2}+d_1+d_2$

其中，d为所述第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，d₁为所述第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离，d₂为所述第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻，t₃第三时刻，t₄第四时刻，c为声波传播速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定伪随机码的码字长度和码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数之前，进一步包括：

发起定位的定位参与终端发出定位请求，接收响应信息，得出定位参与终端的数量和每个定位参与终端的信息；

所述从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字，包括：

发起定位的定位参与终端建立每个定位参与终端与码字的对应关系，使每个定位参与终端对应唯一的码字，并将携带该对应关系的信息发送给每个定位参与终端；

和/或，

所述发起定位的定位参与终端确定定位声波频率，包括：

发起定位的定位参与终端录制一段背景声音，对背景声音进行频谱能量分析，选择背景声音中能量最小的频率作为定位声波频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，包括：

根据公式M>n和公式确定参数s和伪随机码的码字长度、码本大小；

其中，M为码本大小，n为定位参与终端的数量，M，n都是正整数，T为码字周期，f_s为声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，s为正整数，所述声波生成模块用于生成定位声波。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述伪随机码为黄金编码；

所述确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，包括：

根据公式2^r+1>n和公式确定参数r和参数s；

根据参数r得出黄金编码的周期为2^r-1位，黄金编码的码本大小为2^r+1；

其中，r为黄金编码的参数，n为定位参与终端的数量，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，r为正整数且r≠0mod4，s、n为正整数，所述定位声波生成模块用于生成定位声波。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一定位参与终端接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的非本终端的定位声波对应的第二定位参与终端，包括：

所述第一定位参与终端接收复合声波R(t)＝F(t)+I(t)+n(t)，利用窄带带通滤波器对复合声波进行过滤，输出声波信号F₁(t)，将F₁(t)乘以载波cos(ω_ct)得到第一信号F₁(t)cos(ω_ct)，用通过频率小于ω_c的低通滤波器滤除第一信号中频率为ω_c和2ω_c的分量，得到第二信号F₂(t)，解码F₂(t)，获得F₂(t)中的至少一个定位声波对应的码字C_i(t)，并根据该码字识别出对应的至少一个定位参与终端；

采用长度为的滑动窗口在F₂(t)逐个采样点滑动，每滑动一次后，根据以下公式计算窗口内声波与接收到的定位声波对应的码字的

相关度： $X=\frac{{\mathrm{\Σ}}_t\left[(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)\right]}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)}^2}\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)}^2}}$

找到与码字C_i(t)相关度最大的窗口位置，该位置为所述接收到的定位声波到达所述第一定位参与终端的时刻，

其中，X为每滑动一次后，窗口内声波与第一定位参与终端的码字的相关度，C_i(t)为接收到的定位声波对应的码字，i为接收到的定位声波对应的定位参与终端的编号，为C_i(t)的平均值，为F₂(t)在窗口内的平均值，ω_c为所述定位声波频率的角频率，cos(ω_ct)是频率为ω_c的载波，R(t)为所述复合声波，F(t)为第一定位参与终端的定位声波，n(t)为干扰噪音，T为码字周期，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，所述窄带带通滤波器的通带为[f_c-k，f_c+k]，f_c为所述定位声波频率，k为常数，D为预先设置的最大容忍延迟。

6.一种声波定位终端，其特征在于，所述终端包括：

定位发起模块，用于确定定位声波频率，广播所述定位声波频率，确定伪随机码的码字长度、码本大小和每个码字中每一位信息对应的采样的个数，从码本中为每个定位参与终端分配唯一的码字；

声波生成模块，用于生成频率为定位发起模块确定的定位声波频率的载波，并用对应的码字对所述载波进行编码生成对应的定位声波，通过声波发送装置在每个预先设定的定位周期内的任意时间发送所述定位声波，其中，所述声波发送装置用于发送定位声波，在所述预先设定的定位周期内，每个定位参与终端发送一次本终端的定位声波。

解码模块，用于通过声波接收装置接收复合声波，解码接收到的复合声波，得到每个接收到的定位声波到达本终端的时刻，并识别出与每个接收到的定位声波对应的定位参与终端，其中，第二定位参与终端的定位声波到达该第一定位终端的时刻为第一时刻，第一定位终端的定位声波到达本终端的时刻为第二时刻，所述第一定位终端为本终端，第二定位参与终端为第一定位参与终端识别出的除本终端外的定位参与终端，所述声波接收装置用于接收定位声波；

获取模块，用于获取第三时刻和第四时刻，其中，所述第三时刻是所述第一定位参与终端的定位声波到达所述第二定位参与终端的时刻，所述第四时刻是所述第二定位参与终端的定位声波到达本终端的时刻；

距离确定模块，用于根据所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离和第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离；

所述距离确定模块，用于根据公式以下公式得出第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离：

$d=\frac{c((t_1-t_2)-(t_4-t_3))}{2}+d_1+d_2$

其中，d为所述第一定位参与终端和第二定位参与终端之间的距离，d₁为所述第一定位参与终端的声波发送装置到第一定位参与终端的声波接收装置的距离，d₂为所述第二定位参与终端的声波发送装置到第二定位参与终端的声波接收装置的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻，t₃第三时刻，t₄第四时刻，c为声波传播速度。

7.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述定位发起模块，还用于在所述确定伪随机码的码字长度和码本大小之前，发出定位请求，接收响应信息，得出定位参与终端的数量和每个定位参与终端的信息；

所述定位发起模块，用于建立每个定位参与终端与码字的对应关系，使每个定位参与终端对应唯一的码字，并将携带该对应关系的信息发送给每个定位参与终端；

和/或，

所述定位发起模块，用于录制一段背景声音，对背景声音进行频谱能量分析，选择背景声音中能量最小的频率作为定位声波频率。

8.根据权利要求7所述的终端，其特征在于，所述定位发起模块，用于根据公式M＞n和公式确定参数s和伪随机码的码字长度、码本大小；

其中，M为码本大小，n为定位参与终端的数量，M，n都是正整数，T为码字周期，f_s为声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，s为正整数，所述声波生成模块用于生成定位声波。

9.根据权利要求7所述的终端，其特征在于，

所述伪随机码为黄金编码；

所述定位发起模块，用于根据公式2^r+1>n和公式确定参数r和参数s；

根据参数r得出黄金编码的周期为2^r-1位，黄金编码的码本大小为2^r+1；

其中，r为黄金编码的参数，n为定位参与终端的数量，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为所述每个码字中每一位信息对应的采样的个数，D为预先设置的最大容忍延迟，r为正整数且r≠0mod4，s、n为正整数，所述定位声波生成模块用于生成定位声波。

10.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，

所述解码模块，用于通过所述声波接收装置接收复合声波R(t)＝F(t)+I(t)+n(t)，利用窄带带通滤波器对复合声波进行过滤，输出声波信号F₁(t)，将F₁(t)乘以载波cos(ω_ct)得到第一信号F₁(t)cos(ω_ct)，用通过频率小于ω_c的低通滤波器滤除第一信号中频率为ω_c和2ω_c的分量，得到第二信号F₂(t)，解码F₂(t)，获得F₂(t)中的至少一个定位声波对应的码字C_i(t)，并根据该码字识别出对应的至少一个定位参与终端；

采用长度为的滑动窗口在F₂(t)逐个采样点滑动，每滑动一次后，根据以下公式计算窗口内声波与接收到的定位声波对应的码字的

相关度： $X=\frac{{\mathrm{\Σ}}_t\left[(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)\right]}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(F_2(t+D)-{\stackrel{\‾}{F}}_2)}^2}\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_t{(C_i\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{C}}_i)}^2}}$

找到与码字C_i(t)相关度最大的窗口位置，该位置为所述接收到的定位声波到达所述第一定位参与终端的时刻，

其中，X为每滑动一次后，窗口内声波与第一定位参与终端的码字的相关度，C_i(t)为接收到的定位声波对应的码字，i为接收到的定位声波对应的定位参与终端的编号，为C_i(t)的平均值，为F₂(t)在窗口内的平均值，ω_c为所述定位声波频率的角频率，cos(ω_ct)是频率为ω_c的载波，R(t)为所述复合声波，F(t)为第一定位参与终端的定位声波，n(t)为干扰噪音，T为码字周期，f_s为定位声波生成模块的采样频率，s为每个码字中每一位信息对应的采样的个数，所述窄带带通滤波器的通带为[f_c-k，f_c+k]，f_c为所述定位声波频率，k为常数，D为预先设置的最大容忍延迟。