CN105338625A - 一种超声波室内定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超声波室内定位方法及系统。所述超声波室内定位方法包括：信号基站以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号；信号转发器接收第一超声定位信号，记录第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取第一定位数据；信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号；信号基站接收第二超声定位信号，记录第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取第二定位数据；信号基站将第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。本发明实施例的技术方案提供了一种定位效率高、成本低的超声波室内定位方法。

Description

一种超声波室内定位方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及超声室内波定位技术，尤其涉及一种超声波室内定位方法及系统。

背景技术

现有的超声波室内定位技术，采用非接触单向直接测距方法和收发分离的设计，发射器负责发射超声波，接收器负责接收超声波，使用红外线或者无线通信的方法同步发射器和接收器的本地时间信号，通过计算超声波到达的时间差值来计算目标的距离并进行定位。

这种方案容易受到多个超声波发射器的同频超声信号之间的相互干扰，虽然可以使用发送不同时间间隔的超声波来避免，但是抗干扰能力并不是很好，而且这种方案要求发射器和接收器不断的进行时间同步。

现有学者提出了一种基于时间调制的超声波室内定位方案，使用携带发射器编号和本地发送时刻信息的超声波信号作为载波进行通信，解决了多址干扰和多径干扰的问题，也提高了定位系统的响应时间和刷新率。

但该方案将超声波的接收和处理计算单元放在了定位目标上，使得超声波定位的成本非常高。

发明内容

本发明提供一种超声波室内定位方法及系统，以提供一种定位效率高、成本低的超声波室内定位方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种超声波室内定位方法，所述方法包括：

信号基站在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站身份标识号ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号；

信号转发器接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据；

信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号；

信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据；

信号基站将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

第二方面，本发明实施例还提供了一种超声波室内定位系统，包括信号基站和信号转发器，其中，所述系统包括：

第一发送模块，配置在信号基站中，用于在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号；

第一接收模块，配置在信号转发器中，用于接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据；

第二发送模块，配置在信号转发器中，用于以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号；

第二接收模块，配置在信号基站中，用于接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据；

第三发送模块，配置在信号基站中，用于将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

本发明实施例的技术方案，将信号转发器设置在定位目标上，信号基站以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号，并接收由信号转发器发送回的第二超声定位信号，将第二超声定位携带的包括转发器ID、第一接收时刻、转发时刻和第一定位数据的第二定位数据，以及第二超声定位信号的第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算，避免了现有技术中超声波室内定位方法定位效率低、成本高的问题，提供了一种定位效率高、成本低的超声波室内定位方法。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种超声波室内定位方法的流程图；

图2是本发明实施例二中的一种超声波室内定位方法的流程图；

图3是本发明实施例三中的一种超声波室内定位方法的流程图；

图4是本发明实施例四中的一种超声波室内定位系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中的一种超声波室内定位方法的流程图，本实施例可适用于需要对室内目标进行定位的情况，该方法可以由超声波室内定位系统来执行，如图1所示，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤110、信号基站在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号。

其中，在对室内目标进行定位时，可以在室内的固定位置布置3-4个信号基站和1个运算处理设备，运算处理设备通过有线或者无线连接的方式向信号基站发送定位指令。所述基站本地时刻为所述第一超声定位信号的发送时刻，通过所述基站ID可以得到所述信号基站的位置信息，所述第一超声定位信号可以为经过调制等其他信号处理操作后的超声波信号。

步骤120、信号转发器接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据。

其中，所述信号转发器设置在定位目标上，所述信号转发器接收到所述第一超声定位信号，即所述第一超声定位信号到达定位目标。

步骤130、信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号。

其中，所述转发时刻为所述第二超声定位信号的发送时刻，所述第二超声定位信号可以为经调制等信号处理操作后的超声波信号。所述转发时刻与所述第一接收时刻的差值为信号转发器对超声波定位信号的转发耗时。通过在定位目标上设置信号转发器，并由信号转发器将超声波定位信号转发出去，使得定位目标上无需设置测距计算软硬件系统，降低了成本。

步骤140、信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据。

具体的，信号基站在接收到所述第二超声定位信号后，若所述第二超声定位信号为经过调制等其他信号处理操作后的信号，则所述信号基站需要对其进行解调等相应的处理以得到所述第二定位数据。信号基站负责向定位目标(信号转发器)发送超声波定位信号，并接收由定位目标(信号转发器)返回的超声波定位信号，使得定位信号的收发处于同一地点，无需进行时间同步，节约了系统资源，提高了响应时间。

步骤150、信号基站将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

其中，所述基站测距数据包括基站ID、基站本地时刻、第一接收时刻、转发时刻、转发器ID，以及第二接收时刻，所述第二接收时刻与基站本地时刻的差值为信号基站从发送第一超声定位信号到接收第二超声定位信号的总时间差值，所述总时间差值减去所述转发耗时即为超声波信号在信号基站与定位目标之间的往返时间，通过所述往返时间以及超声波信号的传播速度，即可得到信号基站与定位目标之间的距离。所述运算处理设备通过计算得到每一个基站到定位目标的距离，通过基站ID查询信号基站在预设的坐标系中的坐标值，选取三个信号基站的数据进行计算，即可得到定位目标在预设坐标系中的坐标值。本实施例将定位信号的收发部分和位置信息的计算部分分离开来，可以对多个基站的测距数据集中处理，提高了运算速度，大大提高了定位效率，在多目标室内定位方面有很大的应用前景。

本实施例的技术方案，将信号转发器设置在定位目标上，信号基站以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号，并接收由信号转发器生成并发送回的第二超声定位信号，将第二超声定位携带的包括转发器ID、第一接收时刻、转发时刻和第一定位数据的第二定位数据，以及第二超声定位信号的第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算，避免了现有技术中超声波室内定位方法定位效率低、成本高的问题，提供了一种定位效率高、成本低的超声波室内定位方法。

实施例二

本实施例以上述实施例为基础，提供了一种超声波室内定位方法。图2是本发明实施例二中的一种超声波室内定位方法的流程图，如图2所示，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤210、信号基站以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据生成初始超声波信号。

具体的，信号基站内的超声波生成器以基站本地时刻和基站ID作为第一定位数据生成初始超声波信号。

步骤220、信号基站将所述初始超声波信号进行扩频和调制，获得第一超声定位信号。

其中，信号基站内的信号发射器采用直接序列扩频技术对携带有基站本地时刻和基站ID的初始超声波信号进行扩频，并经过调制后，获得第一超声定位信号，解决超声波定位中多径和多址干扰的问题，并且提高了定位系统的响应时间和刷新率。所述直接序列扩频技术就是用高速率的伪噪声扩频序列码在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。

步骤230信号基站发送所述第一超声定位信号。

具体的，信号基站内的信号发射器发送所述第一超声定位信号。

步骤240、信号转发器接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据。

具体的，可以通过如下步骤获取第一定位数据：

A、信号转发器接收所述第一超声定位信号时，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻。

B、信号转发器对所述第一超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第一超声定位信号中包含的第一定位数据。

具体的，信号转发器采用直接序列扩频技术对所述第一超声定位信号进行解扩，并经过解调后获得所述第一定位数据。

步骤250、信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号。

步骤260、信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据。

步骤270、信号基站将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

本实施例的技术方案，将信号转发器设置在定位目标上，信号基站以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据，生成初始超声波信号，对其进行扩频和调制，获得并发送第一超声定位信号，并接收由信号转发器发送回的第二超声定位信号，将第二超声定位携带的包括转发器ID、第一接收时刻、转发时刻和第一定位数据的第二定位数据，以及第二超声定位信号的第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算，避免了现有技术中超声波室内定位方法抗干扰能力差、定位效率低、以及成本高的问题，提供了一种抗干扰能力强、定位效率高、并且成本低的超声波室内定位方法。

实施例三

本实施例以上述实施例为基础，提供了一种超声波室内定位方法。图3是本发明实施例三中的一种超声波室内定位方法的流程图，如图3所示，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤310、信号基站在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号。

步骤320、信号转发器接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据。

步骤330、信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据生成转发超声波信号。

步骤340、信号转发器将所述转发超声波信号进行扩频和调制，获得第二超声定位信号。

其中，信号转发器采用直接序列扩频技术对携带有所述转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据转发超声波信号进行扩频，并经过调制后，获得第二超声定位信号，解决超声波定位中多径和多址干扰的问题，并且提高了定位系统的响应时间和刷新率。

步骤350、信号转发器发送所述第二超声定位信号。

步骤360、信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据。

具体的，可以通过如下步骤获取第二定位数据：

A、信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻；

B、信号基站对所述第二超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第二超声定位信号中包含的第二定位数据。

具体的，信号基站采用直接序列扩频技术对所述第二超声定位信号进行解扩，并经过解调后获得所述第二定位数据。

步骤370、信号基站将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

本实施例的技术方案，信号转发器接收到由信号基站发送的第一超声定位信号后，获取第一定位数据，以转发器ID、第一接收时刻、转发时刻和第一定位数据为第二定位数据，生成转发超声波信号，并对其进行扩频与调制，获得并发送第二超声定位信号，信号基站接收所述第二超声定位信号，获取第二定位数据，并将其与第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算，避免了现有技术中超声波室内定位方法定位效率低、成本高的问题，提供了一种定位效率高、成本低的超声波室内定位方法。

实施例四

图4是本发明实施例四中的一种超声波室内定位系统的结构图，如图4所示，所述超声波室内定位系统包括信号基站和信号转发器，其中，所述系统包括：第一发送模块410，第一接收模块420，第二发送模块430，第二接收模块440，以及第三发送模块450，其中，

第一发送模块410，配置在信号基站中，用于在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站身份标识号ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号；

第一接收模块420，配置在信号转发器中，用于接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据；

第二发送模块430，配置在信号转发器中，用于以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号；

第二接收模块440，配置在信号基站中，用于接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据；

第三发送模块450，配置在信号基站中，用于将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

进一步的，所述第一发送模块410包括：

第一生成子模块，用于以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据生成初始超声波信号；

第一扩频子模块，用于将所述初始超声波信号进行扩频和调制，获得第一超声定位信号；

第一发送子模块，用于信号基站发送所述第一超声定位信号。

进一步的，所述第一接收模块420包括：

第一接收子模块，用于接收所述第一超声定位信号时，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻；

第一解扩子模块，用于对所述第一超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第一超声定位信号中包含的第一定位数据。

进一步的，所述第二发送子模块430包括：

第二生成子模块，用于以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据生成转发超声波信号；

第二扩频子模块，用于将所述转发超声波信号进行扩频和调制，获得第二超声定位信号；

第二发送子模块，用于发送所述第二超声定位信号。

进一步的，所述第二接收模块440包括：

第二接收子模块，用于接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻；

第二解扩子模块，用于对所述第二超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第二超声定位信号中包含的第二定位数据。

本实施例提供的超声波室内定位装置，与本发明任意实施例所提供的超声波室内定位方法属于同一发明构思，可执行本发明任意实施例所提供的超声波室内定位方法，具备执行超声波室内定位方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的超声波室内定位方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种超声波室内定位方法，其特征在于，包括：

信号基站在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站身份标识号ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号；

信号转发器接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据；

信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号；

信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据；

信号基站将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，信号基站在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站身份标识号ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号，包括：

信号基站以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据生成初始超声波信号；

信号基站将所述初始超声波信号进行扩频和调制，获得第一超声定位信号；

信号基站发送所述第一超声定位信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，信号转发器接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据，包括：

信号转发器接收所述第一超声定位信号时，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻；

信号转发器对所述第一超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第一超声定位信号中包含的第一定位数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号，包括：

信号转发器以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据生成转发超声波信号；

信号转发器将所述转发超声波信号进行扩频和调制，获得第二超声定位信号；

信号转发器发送所述第二超声定位信号。

5.据权利要求4所述的方法，其特征在于，信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据，包括：

信号基站接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻；

信号基站对所述第二超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第二超声定位信号中包含的第二定位数据。

6.一种超声波室内定位系统，其特征在于，包括信号基站和信号转发器，其中，所述系统包括：

第一发送模块，配置在信号基站中，用于在接收到运算处理设备发送的定位指令时，以基站本地时刻和基站身份标识号ID为第一定位数据，生成并发送第一超声定位信号；

第一接收模块，配置在信号转发器中，用于接收所述第一超声定位信号，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻，并获取所述第一超声定位信号中的第一定位数据；

第二发送模块，配置在信号转发器中，用于以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据，生成并发送第二超声定位信号；

第二接收模块，配置在信号基站中，用于接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻，并获取所述第二超声定位信号中的第二定位数据；

第三发送模块，配置在信号基站中，用于将所述第二定位数据以及第二接收时刻作为基站测距数据发送给运算处理设备，以进行位置信息计算。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一发送模块包括：

第一生成子模块，用于以基站本地时刻和基站ID为第一定位数据生成初始超声波信号；

第一扩频子模块，用于将所述初始超声波信号进行扩频和调制，获得第一超声定位信号；

第一发送子模块，用于信号基站发送所述第一超声定位信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一接收模块包括：

第一接收子模块，用于接收所述第一超声定位信号时，记录所述第一超声定位信号的第一接收时刻；

第一解扩子模块，用于对所述第一超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第一超声定位信号中包含的第一定位数据。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二发送子模块包括：

第二生成子模块，用于以转发器ID、转发时刻、第一接收时刻和所述第一定位数据为第二定位数据生成转发超声波信号；

第二扩频子模块，用于将所述转发超声波信号进行扩频和调制，获得第二超声定位信号；

第二发送子模块，用于发送所述第二超声定位信号。

10.据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二接收模块包括：

第二接收子模块，用于接收所述第二超声定位信号，记录所述第二超声定位信号的第二接收时刻；

第二解扩子模块，用于对所述第二超声定位波信号进行解扩和解调，获得所述第二超声定位信号中包含的第二定位数据。