CN112272782A - 使用附近的超声信号对移动设备进行临时定位 - Google Patents

Abstract

一种在建筑物的人流较少的区域中提供低成本实时定位系统的方法。此方法使用移动设备的车载音频功能来接收由自身生成的声学信号产生的房间响应轨迹。通过将房间响应轨迹与建模的房间响应轨迹进行比较，确定移动设备的位置。

Description

使用附近的超声信号对移动设备进行临时定位

技术领域

本公开总体上涉及实时定位系统，并且更具体地涉及至少部分地基于所接收的房间响应轨迹与和实时定位系统相关联的建模房间响应轨迹的比较来确定移动设备的位置。

背景技术

现代业务中的一个常见挑战是在任何给定时间在建筑物或校园环境中定位重要资源。这些资源包括关键人员、关键设备、重要记录等。例如，人员、关键设备和重要记录通常是移动的，在典型的工作日中经常需要在各个位置使用它们，因此在工作日中总是对其进行重新定位。鉴于转移其他资源来定位这些资源是无用的，因此期望开发一种可以在建筑物、校园环境等中随时定位这些重要资源的方法。

发明内容

本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中获悉，或者可以通过实施例的实施而获知。

本公开的一个示例方面针对一种确定与实时定位系统相关联的移动计算设备的位置的计算机实现的方法。该方法包括由移动设备中的扬声器发送所发送的声学信号。该方法还包括通过移动设备内的麦克风来接收所接收的声学信号，该所接收的声学信号是由所发送的声学信号与移动设备所位于的本地声学环境的相互作用产生的。另外，该方法包括用所发送的声学信号对所接收的声学信号进行解卷积以生成房间响应轨迹。此外，该方法还包括将房间响应轨迹与建模的房间响应轨迹进行比较，该建模的房间响应轨迹是先前计算的并存储在移动设备或中央服务器之一上。最后，该方法包括基于比较房间响应轨迹来确定移动设备的位置。

附图说明

在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，该讨论参考了以下附图。

图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例实时定位系统的概述。

图2描绘了根据本公开的示例实施例的确定与实时定位系统相关联的移动计算设备的位置的示例方法的流程图。

图3描绘了根据本公开的示例实施例的示例系统。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。通过举例说明实施例而不是限制本发明来提供每个例子。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，意图是本公开的各方面覆盖这样的修改和变化。

可以采用各种方法来使用声学信号将移动设备定位在室内环境中。这些方法中的许多方法都使用发送声学信号的基础设施，然后该声学信号被移动设备接收，并转而用于估计移动设备的位置。在经常光顾的地区，部署这种基础设施是一种经济有效的措施。但是，在建筑物中人流量少的区域，成本较低的实现方式是使手机本身具有位置。尝试解决此需求的多种技术包括：(1)融合算法，结合来自加速度计、陀螺仪、磁力计和压力传感器以及WiFi和手机信号塔的信号，以使用已知的楼层布局找到位置；(2)前述方法，包括使用由移动设备获取的环境的视频图像。

两种技术在准确性和可用性上都有严重的缺陷。第一种方法在准确性上存在缺陷(几米左右的位置误差)，因此不能保证正确确定房间位置。在第二种方法中，仅当电话在外部打开状态时视频图像才可用，而在口袋中携带时视频图像不可用。

更具体地说，第一种方法主要受到漂移问题的困扰，这导致将移动设备定位在错误的大致位置(房间的错误侧面，错误的楼层等)，因为位置是通过信号变化的累积间接得出的。当可以在图像中唯一识别某个特征时(移动设备可以访问建筑物的参考图像)，视频图像可以通过提供位置的绝对参考点来对此进行校正。如果这样的参考图像集不可用，它将遭受与第一种方法相同的错误累积。

代替使用移动设备的车载(on-board)相机系统来提供绝对位置参考，提出了一种新方法。在本公开的实施例中，该方法以以下方式使用移动设备的车载音频功能。根据需要，移动设备使用其车载扬声器发出声学脉冲。这些声学脉冲的时序是根据移动设备的车载时钟来控制和测量的。所发送的声学信号的性质使得它们优选地是人类听不到的并且具有良好定义的窄自相关特性。这样的声学信号的示例性实施例是超声信号，并且PSK和QAM调制的信号分别是这样的信号的示例。

可选地，并且为了允许多个移动设备在声学环境中共存，使用唯一时隙和/或移动设备所使用的本地唯一的声学信号的编码的组合是有利的。在这种情况下，车载时钟可用于为声学信号的发送打上时间戳，并为声学信号的接收打上时间戳。可以将移动设备中的这些时间戳转换为具有低误差(3ms或更小)的世界时钟，以便于推导移动设备之间的飞行时间的测量。

移动设备的麦克风信号可以被配置为接收所发送的所生成的声学信号。移动设备的处理能力使用已知的生成波形对所接收的声学信号进行解卷积，以获得房间响应轨迹。房间响应轨迹反映了移动设备所在的本地声学环境。在这种方法中，根据移动设备的车载时钟来控制和测量所接收的声学信号的时序。

如果多个移动设备在声学环境中处于活动状态，则移动设备还可以侦听这些其他移动设备发送的信号。可以通过一些其他方式(例如，诸如对等的RF无线链路或基于服务器的交换)将与这些其他移动设备所使用的定时、设备取向和所发送的声学信号有关的信息传送到移动设备。可以通过确保交互设备上的发送信号和接收信号都可以追溯到公共时基来获得多个移动设备之间的飞行时间。例如，可以使用涉及RF链路的对等机制或通过确保两个设备都可以访问准确的世界时钟来建立这样的公共时基。这样的世界时钟时基可以由移动设备使用例如GPS定时信号或诸如网络时间协议之类的机制来推导。当移动设备可以访问允许他们计算房间响应轨迹的建筑模型时，所有路径(直接和反射)的飞行时间都可以用于计算移动设备的位置。因此，在一个实施例中，移动设备可以使用来自另一移动设备的发送信号来确定其位置(或距另一移动设备的距离)，该发送信号包括以下一项或多项：发送信号的强度、发送移动设备(相对于绝对参考帧)的取向、发送移动设备的空间特性以及与发送信号相关联的定时信息(其中，定时可以参考公共时基)。

可以使用移动设备的车载传感器在移动设备发送或接收声学信号的最小时间段内估计移动设备相对于磁北或真北的取向。取向估计是使用车载时钟或世界时钟定时的，与声学信号的事件的定时相比，误差较小(<100ms)。

当多个移动设备正在主动发送声学信号时，可以对任何一对设备重复上述方法。在这种情况下，房间响应轨迹成为两个设备在声学环境中的位置的函数。

可以将所测量的房间响应轨迹与建模的房间响应轨迹进行比较，使用定位算法从中解析出移动设备的位置。定位算法可以使用分析、数值和机器学习算法的组合。定位算法可以借助于传感器数据融合来辅助。建模的房间响应轨迹可以基于移动设备可能位于的可能的声学环境的详细3D声学模型。在本公开的一些实施例中，分别针对扬声器和麦克风的空间发送和接收特性在声学信号使用的频率范围内是已知的。将这些空间发送和接收特性与移动设备取向测量结合使用，以针对移动设备的取向校正建模的房间响应轨迹，以使其形状随时间的变化仅取决于移动设备在声学环境中的位置。在一个实施例中，可以基于位置历史和数据融合位置结果来限制对可能的声学环境的搜索。

当多个移动设备正在主动发送声学信号时，位置结果也可以在同一声学环境中的移动设备之间共享，以帮助其他设备找到有效的位置估计。可以可选地将移动设备的位置结果发送到中心位置，以供其他设备检索，无论这些其他设备是移动单元还是固定单元。

在另一个实施例中，在用例仅需要了解多个移动设备的相对位置而不是其在声学环境中的绝对位置的情况下，上述解决方案也可以在不使用声学环境的模型的情况下起作用。在该场景的一些实施例中，分析房间响应轨迹以使用移动设备对之间的视线信号。同样，在某些实施例中，如上所述，可以借助于传感器数据融合来辅助位置确定。在其他实施例中，可替换地，可使用移动设备对(BLE，WiFi)之间的RF通信设备以成对对等方式同步移动设备对之间的定时。可以使用各种架构来实现上述方法，如下文进一步讨论的。

已经使用各种无线协议开发了实时定位系统，其中最著名的系统可能是全球定位系统(GPS)。尽管这样的定位系统提供了大约8米的水平位置精度，但是这样的系统并不能满足所有的定位方案要求。例如，许多场景要求定位精度要优于0.3米。其他方案需要垂直精度，以区分高层建筑中的楼层。还有其他方案需要上下文位置信息，例如办公楼中基于房间的信息。已经开发了诸如室内定位系统之类的系统来尝试满足这些要求。但是，这种传统的室内定位系统通常需要大量的部署工作和/或基础设施成本。例如，这样的系统可能需要实现期望区域的完整三维激光测绘的LIDAR系统。作为另一个示例，这样的室内定位系统可以使用需要大量基础设施(例如，发送设备等)的超宽带定位技术。

响应于这些苛刻的位置要求，本公开的实施例提供了针对这些要求的解决方案。通过从多个发送设备(可以固定在建筑物的墙壁或天花板上)发送信号，可以使用声学信号在三个维度上确定移动单元或标签的位置。声学信号可以包括各个发送设备的编码标识符。这些声学信号可以被移动计算设备接收。如果静态发送设备的位置已知，则一组声学信号到达一个移动计算设备的时间可以用于使用标准几何计算来估计该移动设备在环境中的位置。

例如，本公开的各方面旨在基于与实时定位系统相关联的声学上下文数据(ACD)来确定移动设备的位置。例如，与实时定位系统相关联的移动计算设备可以确定该移动计算设备的第一位置。第一位置可以是由诸如GPS的基于无线的定位系统确定的粗略位置。在一些实施例中，可以基于与实时定位系统相关联的唯一标识来确定第一位置。然后，移动计算设备可以接收与第一位置相关联的声学上下文数据。例如，声学上下文数据将是被确定为与第一位置相关的数据。声学上下文数据可以包括与一个或多个发送设备相关联的数据和/或与邻近一个或多个发送设备的环境的一种或多种声学特性相关的数据。然后，移动计算设备可以从一个或多个发送设备中的至少一个接收一个或多个声学信号，并且可以至少部分地基于声学上下文数据和一个或多个所接收的声学信号来确定移动计算设备的第二位置。例如，与第一位置相比，第二位置可以是移动计算设备的改进的(更精确的)位置。在另一个示例中，第二位置可以是基于上下文的位置，例如移动计算设备所位于的办公大楼中的房间号。

更特别地，移动计算设备可以是例如移动用户计算设备，诸如智能电话、平板计算机、可穿戴计算设备、与实时定位系统相关联的专用标签和/或能够用于移动操作的任何其他合适的移动计算设备。第一位置可以由移动计算设备至少部分地基于全球定位服务(GPS)、一个或多个Wi-Fi信号、一个或多个蓝牙信号、一个或多个蜂窝信号、在移动计算设备中实现的一个或多个定位传感器(例如，惯性测量单元、陀螺仪、加速度计、磁力计等)，在移动计算设备中实现的一个或多个压力传感器、在移动计算设备内实现的一个或多个相机和/或其他合适的方式来确定。在一些实施例中，第一位置可以至少部分地基于发送设备的标识来确定，该标识被编码在由移动计算设备从发送设备接收的信号内。例如，所接收的信号可以指示到发送设备的接近度。

可以响应于对移动计算设备在第一位置处的存在的确定，将声学上下文数据提供给移动计算设备。例如，在确定第一位置时，第一位置可以与实时定位系统相关。更具体地，可以至少部分地基于实时定位系统的已知位置和所确定的第一位置来识别位于第一位置附近的实时定位系统。以这种方式，当移动计算设备的第一位置在距实时定位系统的已知位置的阈值距离之内时，可以使用已知的第一位置来识别这种实时定位系统。

在一些实施例中，实时定位系统的位置可以存储在将一个或多个实时定位系统映射到部署实时定位系统的各个位置的查找表或其他数据布置中。该位置可以在查找表中表示为指示相应实时定位系统的一个或多个位置的任何合适的数据。例如，可以将位置存储为坐标(例如GPS坐标)、无线网络标识符(例如WLAN服务集标识符(SSID)、低功耗蓝牙(BLE)标识等)、与实时定位系统相关联的声学标识符(例如，由实时定位系统的一个或多个发送设备提供)或其他合适的位置指示器。在一些实施例中，实时定位系统的位置可以作为地理围栏或其他边界存储在查找表中，所述地理围栏或其他边界包围实时定位系统的至少一部分被部署在其上的区域。

以这种方式，可以根据在查找表中表达的位置来确定第一位置。例如，在将位置存储为坐标的实施例中，可以根据查找表将第一位置确定为坐标。作为另一示例，在其中位置被存储为一个或多个无线网络标识符的实施例中，可以部分地基于移动计算设备对无线网络标识符的检测来确定第一位置。

可以通过访问查找表并对第一位置的表条目执行查找来执行对接近的实时定位系统的识别。例如，在其中实时定位系统的位置被存储为GPS坐标或指示物理位置的其他数据的实施例中，可以访问查找表以确定查找表是否包括表示具有在移动计算设备的当前位置的阈值距离之内的位置的实时定位系统的条目。作为另一示例，在其中实时定位系统的位置被存储为无线网络标识符的实施例中，可以访问查找表以确定查找表是否包括具有与和移动计算设备附近的无线网络关联的无线网络标识符相关联的位置的实时定位系统。例如，如果移动计算设备检测到和/或连接到无线网络(WLAN，WPAN等)，则移动计算设备可以访问查找表以确定查找表是否包括表示与网络的标识符关联的实时定位系统的条目。

在一些实施例中，可以由移动计算设备执行对接近的实时定位系统的识别。在这样的实施例中，查找表可以由移动计算设备本地存储。以这种方式，移动计算设备可以监控移动计算设备的位置，并且可以访问本地存储的查找表以确定在移动计算设备附近是否存在实时定位系统。

在一些实施例中，查找表可以存储在诸如服务器计算设备之类的远程计算设备中。在这样的实施例中，移动计算设备可以监控移动计算设备的位置，并且可以向服务器设备提供指示该位置的数据。然后，服务器设备可以访问查找表以确定在移动计算设备附近是否存在实时定位系统。

如所指示的，在确定移动计算设备位于实时定位系统附近之后，可以将与实时定位系统相关联的声学上下文数据提供给移动计算设备。声学上下文数据可以存储在例如服务器设备上。例如，在其中附近的实时定位系统由移动计算设备识别的实施例中，移动计算设备可以向服务器设备提供对相关的声学上下文数据的请求。然后，服务器设备可以将相关的声学上下文数据提供给移动计算设备。在其中由服务器设备标识了附近的实时定位系统的实施例中，服务器设备可以响应于由服务器设备对附近的实时定位系统的标识，向移动计算设备提供相关的声学上下文数据。

声学上下文数据可以包括用于促进确定移动计算设备的第二位置的合适数据。例如，声学上下文数据可以包括与实时定位系统的一个或多个发送设备相关联的数据和/或与在一个或多个发送设备附近的环境相关联的数据。与一个或多个发送设备相关联的数据可以包括描述要由发送设备发送的信号(例如，声学信号)的一个或多个特征的数据。此类数据可以包括指示声压电平、信号编码类型、信号标识、信号方向法线、信号空间分布、信号周期和/或与要通过发送设备发送的一个或多个信号相关联的其他合适数据中的至少一项的数据。

与靠近一个或多个发送设备的环境相关联的数据可以包括与在其上部署实时定位系统的环境相关联的数据，诸如一个或多个发送设备所在的一个或多个房间、空间、结构、建筑物、区域等。更具体地，这样的环境数据可以包括与环境相关联的识别数据。这样的识别数据可以包括与一个或多个发送设备的(多个)位置相关联的(多个)唯一识别符，或其他合适的识别数据。例如，(多个)标识符可以包括指示一个或多个发送设备所位于的各个房间、建筑物、校园、区域等的(多个)标识符。环境数据可以进一步包括指定一个或多个发送设备所处的环境的组织、配置或层级的数据。例如，这样的数据可以包括指定特定房间和特定建筑物之间的关系的数据(例如，指定该房间位于建筑物内，指定该房间在建筑物内的位置等的数据)。作为另一示例，这样的数据可以包括指示位于校园中的一个或多个建筑物的组织的数据。在一些实现中，环境数据可以包括指定两个或更多个环境实体(例如，房间、区域、校园、墙壁、物体、物品、路径等)之间的相对物理位置的空间关系数据。

环境数据可以进一步包括与环境相关联的尺寸数据。例如，这样的尺寸数据可以包括发送设备所位于的房间内的一个或多个反射表面(例如，墙壁、天花板、地板、物体、家具等)的尺寸。尺寸数据可以进一步包括指示这种反射表面的法线方向的数据。环境数据可以进一步包括指示在信号编码方案中使用的频率下这种反射表面的声衰减的数据。环境数据还可包括指示一个或多个发送设备在特定房间、建筑物、区域等内的相对位置的数据。更具体地，此类环境数据可包括发送设备所位于的(例如，房间的墙壁、地板、天花板等的)表面和/或指示该发送设备相对于该表面的位置和/或取向的数据。环境数据还可包括指示环境内的声音速度、温度、压力、湿度、声衰减等的大气数据。在某些实施例中，由于环境数据随时间变化，因此可以更新环境数据以反映当前的环境条件。

将理解的是，可以以任何合适的格式、结构、组织、配置等来表达提供给移动计算设备的声学上下文数据，以便于出于确定移动计算设备的第二位置的目的将声学上下文数据传送到移动计算设备。另外，将进一步意识到，提供给移动计算设备的声学上下文数据可以包括上述数据的任意组合，以用于确定第二位置。还将进一步意识到，提供给移动计算设备的声学上下文数据可以包括与实时定位系统(例如，一个或多个发送设备)相关联的其他合适的数据和/或与在不脱离本公开范围的前提下在其上部署实时定位系统的环境相关联的合适的数据。

可以至少部分地基于第一位置来选择提供给移动计算设备的声学上下文数据。在一些实施例中，可以选择整个实时定位系统(例如，对于每个发送设备和/或在其上部署实时定位系统的整个环境)的声学上下文数据。在一些实施例中，可以选择用于实时定位系统的子集(例如，发送设备的子集和/或环境的子集)的声学上下文数据。可以至少部分地基于第一位置来确定子集。以这种方式，该子集可以包括用于发送设备的子集和/或邻近第一位置的环境的子集的声学上下文数据。在一些实施例中，可以至少部分地基于邻近第一位置的一个或多个发送设备的已知位置来选择声学上下文数据。

在移动计算设备接收到声学上下文数据之后，移动计算设备可以从位于该移动计算设备附近的一个或多个发送设备接收声学信号(例如，声学信号)。将理解的是，移动计算设备可以在接收声学上下文数据之前接收声学信号。例如，在一些实施例中，移动计算设备可以被配置为至少部分地基于在所接收的声学信号内编码的声学标识符来确定适当的声学上下文数据。更具体地，实时定位系统的发送设备可以被配置为周期性地发送可以被位于发送设备的广播范围内的合适的移动计算设备接收的声学信号(或其他合适的信号，例如射频信号)。在一些实施例中，声学信号可以是具有大于约20kHz的频率的超声信号。如本文所用，术语“约”在参考数值时意指该值的30％以内。

以这种方式，位于一个或多个发送设备的广播范围内的移动计算设备可以从一个或多个发送设备接收声学信号。声学信号可以是直接从一个或多个发送设备传播到移动计算设备的信号(在此称为“直接信号”)，和/或已经由一个或多个反射表面反射的信号(在此称为“反射信号”)。反射表面可以充当能够反射声学信号(具有一些衰减和可能的相移)的声镜，并且可以包括位于环境内的墙壁、天花板、地板、家具、物体等。可以至少部分地基于声学上下文数据和从一个或多个发送设备接收的声学信号来确定移动计算设备的第二位置。第二位置可以是比第一位置更精确的位置。例如，第二位置可以是指定相对于3D空间的x坐标、y坐标和z坐标的三维(3D)位置。在一些实施例中，该位置可以是二维位置。在另外的实施例中，可以在办公楼中提供上下文位置信息，例如，房间号、楼层号。

移动计算设备可以至少部分地基于声学上下文数据和所接收的声学信号(例如，直接信号和/或反射信号)来确定第二位置。可以将移动计算设备配置为使用各种合适的位置确定技术来确定第二位置。例如，移动计算设备可以被配置为使用合适的三角测量、三边测量、多边测量和/或其他合适的技术来确定第二位置。以这种方式，移动计算设备可以确定与所接收的声学信号相关联的各种信号测量，以有助于确定移动计算设备的位置。这样的信号测量可以包括所接收的声学信号的到达时间、飞行时间、到达角度、信号强度和/或到达时间差。应当理解，可以使用其他附加的和/或替代的合适的测量来促进移动计算设备的位置确定。例如，这种测量可以包括运动引起的频移(例如多普勒频移)、信噪比、信号相位和/或其他合适的测量。除了一个或多个发送设备和环境的声学特性(例如，声学上下文数据)外，移动计算设备还可在位置确定中使用其一个或多个声学接收器信号链的声学接收特性。这样的信息可以包括麦克风灵敏度、方向性、频率依赖性和/或其他合适的信息。该信息可以被存储在移动计算设备上或至少部分地基于移动计算设备的型号和/或与移动计算设备相关联的其他合适的识别信息从服务器从数据库中检索。

更具体地，移动计算设备可以基于由发送设备发送的声学信号的特性的知识以及通过声学上下文数据所提供的发送设备所处的环境的尺寸规格来确定第二位置。结合所接收的声学信号的信号测量，这种知识可以用于使用各种合适的位置确定技术来确定第二位置。声学信号可以编码与发送声学信号的各个发送设备相关联的识别数据(和/或其他数据)。在一些实施例中，在接收到声学上下文数据和(多个)声学信号之后，移动计算设备可以对(多个)声学信号进行解码以确定发送(多个)声学信号的(多个)发送设备的标识。

在一些实施例中，移动计算设备可以至少部分地基于声学上下文数据，所接收的(多个)声学信号的到达时间和/或发送(多个)信号的(多个)发送设备的身份的知识来确定所接收的声学信号的信号路径。这样的信号路径可以指示声学信号的反射点的估计，在该点处，声学信号被从反射表面反射回移动计算设备。移动计算设备可以至少部分地基于信号路径和/或反射点以及与声学信号相关联的信号测量(例如，到达时间等)来执行多边技术。

如上所述，本公开的系统和方法可以提供相对于传统的实时定位系统(例如室内定位系统)更准确和有效的定位系统。更特别地，通过提供声学上下文数据而获得的信息可以用于增加所确定的移动计算设备的第二位置的准确性。以这种方式，可以在逐个房间的基础上和/或在子房间的基础上确定移动计算设备的位置，这可以允许更准确和鲁棒的位置跟踪。这样的实时定位系统需要较少的处理功率，以及较小且易于扩展的较简单的基础设施。这种实时定位系统还通过利用多种位置确定技术(例如，结合声学上下文数据使用声学信号)来提供近实时等待时间。通过允许使用各种类型的移动计算设备(例如，用户已经拥有的智能电话等和/或与实时定位系统相关联的专用定位标签)，这样的实时定位系统进一步提供了增加的灵活性。

本公开的系统和方法可以在许多应用中使用，例如位置跟踪、工作流程、移动装备跟踪、安全性和合规性、移动装备管理、人员位置确定或其他合适的应用。作为特定示例，本公开的系统和方法可以有助于提供寻路信息，例如从起点到目的地的路由指令、逐步指示等。在一些实施例中，这样的寻路应用可以与和用户的移动单元相关联的地图绘制或路由应用结合使用，以促进关于建筑物、区域、地理区域等的地图的寻路。一个示例使用领域在医疗保健行业内。例如，可以在医院内实现本公开的实时定位系统以提供患者跟踪、患者流程等。

现在参考附图，将更详细地讨论本公开的示例方面。例如，图1描绘了根据本公开的示例方面的示例实时定位系统100。系统100包括移动计算设备102、发送设备104和远程计算设备106。在各种实现中，系统100可以包括以这种方式在整个环境(例如校园、建筑物、房间、区域等)中部署的一个或多个发送设备以确定位于环境中的一个或多个移动计算设备的位置。可以基于用户的需求或期望在整个环境中以各种合适的布置或配置来部署发送设备。

当位于发送设备104的广播范围内时，移动计算设备102可以被配置为从发送设备104接收声学信号。以这种方式，发送设备104可以被配置为以各种间隔(例如周期性地)发送可被一个或多个移动计算设备(例如移动计算设备102)接收并用于确定这些移动计算设备的位置的声学(例如超声)信号。

移动计算设备102包括第一位置确定器108、ACD协调器110和第二位置确定器112。第一位置确定器108可以被配置为确定移动计算设备的第一位置。第一位置确定器108可以至少部分地基于GPS、一个或多个Wi-Fi信号、一个或多个蓝牙信号、一个或多个蜂窝信号、在移动计算设备内实现的一个或多个定位传感器(例如惯性测量单元、陀螺仪、陀螺仪、加速度计、磁力计等)、在移动计算设备中实现的一个或多个压力传感器、在移动计算设备102中实现的一个或多个相机和/或其他合适的位置确定技术来确定第一位置。以这种方式，移动计算设备102可以包括定位系统，该定位系统被配置为利用各种合适的定位信号(例如，GPS信号、Wi-Fi信号、蓝牙信号、蜂窝信号、传感器信号等)来确定移动计算设备102的合适的第一位置。

ACD协调器110可以被配置为至少部分地基于第一位置来促进移动计算设备102对相关的声学上下文数据的接收。例如，在一些实施例中，ACD协调器110可以向远程计算设备106提供对与第一位置相关联的声学上下文数据的请求(例如，经由网络116)。如上所述，声学上下文数据可以包括与一个或多个发送设备和/或第一位置附近的环境相关联的数据。以此方式，ACD协调器110可以例如访问由移动计算设备102存储的查找表，以识别第一位置附近的实时定位系统(例如，实时定位系统100)。查找表可以将多个实时定位系统映射到多个相应的位置。在一些实施例中，查找表可以将与各个实时定位系统相关联的声学上下文数据映射到其相应的位置。ACD协调器110可以访问查找表，以确定由第一位置确定器108确定的第一位置是否对应于存储在查找表中的映射到实时定位系统的位置的阈值距离或位于该阈值距离之内。

根据ACD协调器110和/或查找表的要求，可以将查找表中指定的位置表示为任何合适的位置。例如，位置可以表示为GPS坐标(例如，纬度、经度)、网络标识符(例如，Wi-FiSSID、蓝牙ID、BLE信标ID等)和/或其他合适的表达。以这种方式，第一位置确定器108可以确定第一位置，以便标识如在查找表中表示的位置。例如，在查找表将位置指定为GPS坐标的实施例中，第一位置确定器108可以使用与移动计算设备102相关联的GPS定位系统将第一位置确定为GPS坐标。作为另一示例，在查找表指定位置作为网络标识符的实施例中，第一位置确定器108可以基于与一个或多个检测到的网络的接近度(例如，基于检测到的网络信号的信号强度)来确定位置。

在一些实施例中，查找表可以存储在远程计算设备106处。远程计算设备106可以包括一个或多个计算设备，并且可以例如是服务器，例如网络服务器。在这样的实施例中，ACD协调器110可以将第一位置提供给远程计算设备106，并且远程计算设备106可以访问查找表以确定第一位置是否对应于在查找表中指定的位置。然后，远程计算设备106可以基于该位置向移动计算设备102提供相关的声学上下文数据。

在一些实施例中，提供给移动计算设备102的声学上下文数据可以是与对应于第一位置的整个实时定位系统相关联的声学上下文数据。在其他实施例中，提供给移动计算设备102的声学上下文数据可以是与实时定位系统的子集相关联的声学上下文数据。例如，实时定位系统的这种子集可以对应于在其上部署实时定位系统的特定房间、区域、空间、建筑物、校园等。以这种方式，与子集相关联的声学上下文数据可以是特定于特定房间、区域、空间、建筑物、校园等的声学上下文数据。可以基于与第一位置的接近度来确定该子集。例如，如果确定第一位置是在特定房间或区域内(或附近)的位置，则可以将该房间或区域的声学上下文数据提供给移动计算设备102。在一些实施例中，声学上下文数据可以与一个或多个发送设备相关联。例如，在这样的实施例中，与实时定位系统相关联的每个发送设备可以具有针对该发送设备和/或该发送设备所处的环境而定制的相关联的声学上下文数据集。以这种方式，查找表可以将各种位置映射到各种发送设备，并且可以至少部分地基于与这样的各种发送设备的关联来选择所选择的声学上下文数据。

声学上下文数据可以包括描述声学信号的特性的数据，例如指示声压电平、信号编码类型、信号标识、信号方向法线、信号空间分布、信号周期、载波频率和/或与要由发送设备发送的一个或多个信号相关联的其他合适的数据中的至少一项的数据。声学上下文数据还可以包括与实时定位系统所处的环境相关的数据。这样的环境数据可以包括环境的布局或组织层次结构、发送设备104所处的环境(例如房间、区域、空间、地区、建筑物等)中的位置的标识数据、环境中(例如发送设备104所在的房间、区域、地区等中)的一个或多个反射表面(例如，墙壁、天花板、地板、物体等)的尺寸规格、指示发送设备104在环境中的相对位置的数据，例如发送设备104所在的表面的标识符和/或发送设备104相对于该表面的位置和/或取向。环境数据还可包括指示环境内的声音速度、温度、压力、湿度等的大气数据。在某些实施例中，由于环境数据随时间变化，因此可以更新环境数据以反映当前的环境条件。

如所指示的，移动计算设备102还可以从发送设备104接收声学信号。第二位置确定器112然后可以至少部分地基于所接收的声学信号和声学上下文数据来确定移动计算设备102的第二位置。更具体地，第二位置确定器112可以使用声学上下文数据中所指定的关于声学信号的属性以及移动计算设备102所处的环境的知识，以帮助确定移动计算设备102的第二位置。第二位置可以是3D位置，其指定沿x轴、y轴和z轴的坐标。

第二位置确定器112可以被配置为使用各种合适的位置确定技术来确定移动计算设备102的位置。更具体地，第二位置确定器112可以被配置为使用三角测量、三边测量、多边测量和/或其他合适的技术来确定第二位置。以这种方式，第二位置确定器112可以确定与所接收的声学信号相关联的各种信号测量，以有助于确定移动计算设备的位置。这样的信号测量可以包括所接收的声学信号的到达时间、飞行时间、到达角度、信号强度和/或到达时间差。第二位置确定器112可以进一步使用所接收的声学上下文数据来确定移动计算设备102的第二位置。如所指示的，声学上下文数据可以包括指示多个信号特性或发送设备104发送的声学信号的属性以及发送设备104所处环境的多个特征或属性的数据。第二位置确定器112可以使用信号特性的知识和环境特性的知识来辅助位置确定。例如，在一些实施例中，第二位置确定器112可以至少部分地基于声学上下文数据和所接收的声学信号来确定环境的一个或多个反射表面上的一个或多个反射点。如所指示的，反射点可以是反射表面上的位置，在该位置上，声学信号被朝着移动计算设备反射。第二位置确定器112可以将一个或多个反射点视为“虚拟发送器”，以用于例如多边技术。以这种方式，除了对环境内声学信号的信号路径的知识之外，还可以基于对声学信号的接收定时的知识来执行这种多边技术。

在一些实施例中，第二位置确定器112可以至少部分地基于与移动计算设备102相关联的一个或多个位置传感器来确定第二位置。这样的位置传感器可以包括一个或多个陀螺仪、加速度计、磁力计、惯性测量单元等。在这样的实施例中，第二位置可以包括移动计算设备102的取向和/或方向。以这种方式，可以使用合适的传感器融合技术来确定第二位置。在一些实施例中，第二位置确定器112可以至少部分地基于与和移动计算设备102相关联的一个或多个声学接收器相关联的已知特性或其他信息来确定第二位置。例如，这些特性和/或其他信息可以包括麦克风灵敏度、方向性、频率依赖性等。

图1中描绘的实时定位系统100仅用于说明性目的。将理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用各种其他合适的实时定位系统配置。例如，尽管图1中描绘的系统100仅描绘了一个移动计算设备102和一个发送设备104，但是根据本公开的合适的实时定位系统可以包括多个发送设备和移动计算设备。作为另一示例，根据本公开的合适的实时定位系统可以包括各种其他合适的结构、组件和/或计算设备，以促进确定一个或多个移动计算设备的位置。作为又一示例，在一些实施例中，声学上下文数据114可以存储在移动计算设备处。在这样的实施例中，移动计算设备可以被配置为确定第二位置而无需与远程计算设备106进行通信。

图2描绘了根据本公开的示例性方面的确定移动计算设备的位置的示例性方法(200)的流程图。方法(200)可以由一个或多个计算设备来实现，例如关于图3描述的一个或多个计算设备。另外，图2描绘了出于说明和讨论目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，可以在不背离本公开内容的范围的情况下以各种方式来适应、重新布置、扩展、省略或修改本文描述的任何方法的步骤。

在(202)，方法(200)可以包括通过移动设备中的扬声器发送所发送的声学信号。移动设备可以是用户设备，例如智能手机、平板计算设备、膝上型计算设备、可穿戴计算设备、与实时定位系统相关联的专用定位标签(例如，有源或无源)或能够在移动操作中使用的其他合适的移动计算设备。

在(204)，方法(200)可以通过移动设备内的麦克风来接收所接收的声学信号，该所接收的声学信号是由所发送的声学信号与移动设备所位于的本地声学环境的相互作用而产生的。

在(206)，方法(200)可以包括用所发送的声学信号对所接收的声学信号进行解卷积以生成房间响应轨迹。

在(208)，方法(200)可以包括将房间响应轨迹与建模的房间响应轨迹进行比较，该建模的房间响应轨迹是先前计算的并且存储在移动设备或中央服务器之一上。

在(210)，方法(200)可以包括基于比较房间响应轨迹来确定移动设备的位置。

图3描绘了可用于实现本公开的方法和系统的示例系统400。在一些实施例中，系统400可以是被配置为确定各种合适的移动计算设备的位置的实时定位系统的至少一部分。系统400可以使用客户端-服务器架构来实现，该客户端-服务器架构包括与一个或多个远程计算设备(例如服务器430)通信的移动计算设备410。系统400可以使用其他合适的架构来实现。

如图所示，系统400可以包括移动计算设备410。移动计算设备410可以是任何合适类型的移动计算设备，例如智能手机、平板电脑、蜂窝电话、可穿戴计算设备或能够在移动操作中使用的任何其他合适的移动计算设备。在一些实施例中，移动计算设备可以是专用标签(例如，无源或有源)或在实时定位系统中使用的其他设备。移动计算设备410可以包括一个或多个处理器412和一个或多个存储器设备414。

一个或多个处理器412可以包括任何合适的处理设备，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑设备、一个或多个中央处理单元(CPU)、专用于有效地渲染图像或执行其他专门计算的图形处理单元(GPU)和/或其他处理设备，例如片上系统(SoC)或具有集成RF收发器的SoC。一个或多个存储器设备414可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存或其他存储器设备。

一个或多个存储器设备414可以存储可由一个或多个处理器412访问的信息，包括可以由一个或多个处理器412执行的指令416。例如，存储器设备414可以存储用于实现一个或多个模块的指令416和/或其他合适的指令，所述一个或多个模块被配置为实现第一位置确定器108、ACD协调器110和/或第二位置确定器112。

第一位置确定器108、ACD协调器110和第二位置确定器112中的每一个可以包括用于提供期望功能的计算机逻辑。因此，第一位置确定器108、ACD协调器110和第二位置确定器112中的每一个都可以在控制通用处理器的硬件、专用电路、固件和/或软件中实现。在一个实施例中，第一位置确定器108、ACD协调器110和第二位置确定器112中的每一个是存储在存储设备上、加载到存储器中并由处理器执行或者例如可以从计算机程序产品提供的程序代码文件，例如计算机可执行指令，其存储在诸如RAM、硬盘或光学或磁性介质的有形的计算机可读存储介质中。第一位置确定器108、ACD协调器110和第二位置确定器112可以分别对应于一个或多个不同的程序、文件、电路或指令集。同样，第一位置确定器108、ACD协调器110和第二位置确定器112中的两个或更多个可以组合成单个程序、文件、电路或指令集。

指令416可以进一步包括用于实现浏览器、用于运行专用应用程序或者用于在移动计算设备410上执行其他功能的指令。例如，专用应用程序可以用于通过网络440与服务器430交换数据。指令416可以包括用于提供和实现本公开的各方面的客户端设备可读代码。例如，指令416可以包括用于实现与实时定位系统相关联的应用，或在移动计算设备410上实现寻路、资产跟踪或其他服务的第三方应用的指令。

一个或多个存储器设备414还可包括可由一个或多个处理器412检索、操纵、创建或存储的数据418。数据418可包括例如声学上下文数据、传感器数据和/或其他数据。

移动计算设备410可以包括用于从用户提供和接收信息的各种输入/输出设备，例如触摸屏、触摸板、数据输入键、扬声器和/或适于语音识别的麦克风。例如，移动计算设备410可以具有用于向用户呈现用户界面的显示器420。

移动计算设备410可以进一步包括定位系统424。定位系统424可以是用于确定远程计算设备的位置的任何设备或电路。例如，定位设备可以通过使用卫星导航定位系统(例如GPS系统、伽利略定位系统、GLOba l导航卫星系统(GLONASS)、北斗卫星导航和定位系统)、惯性导航系统、航位推测系统，基于IP地址，通过使用三角测量和/或与蜂窝塔、蓝牙热点、BLE信标、Wi-Fi接入点或Wi-Fi热点、Wi-Fi飞行时间，和/或其他确定位置的合适技术来确定实际或相对位置。

移动计算设备410还可包括用于通过网络440与一个或多个远程计算设备(例如服务器430)通信的网络接口。该网络接口可包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的组件，例如包括发送器、接收器、端口、控制器、天线或其他合适的组件。

移动计算设备410可以进一步包括用于与一个或多个发送设备(例如，发送设备450)进行通信的通信系统。该通信系统可以包括例如被配置为接收来自发送设备450的声学(例如超声)信号的一个或多个换能器(例如麦克风设备)。

在一些实施例中，移动计算设备410可以通过网络440与诸如服务器430之类的远程计算设备进行通信。服务器430可以包括一个或多个计算设备。服务器430可以包括一个或多个计算设备，并且可以被实现为例如并行或分布式计算系统。特别地，多个计算设备可以一起充当单个服务器430。

与移动计算设备410类似，服务器430可包括一个或多个处理器432和存储器434。一个或多个处理器432可包括一个或多个中央处理单元(CPU)和/或其他处理设备。存储器434可以包括一种或多种计算机可读介质，并且可以存储可由一个或多个处理器432访问的信息，包括可以由一个或多个处理器432执行的指令436以及数据438。例如，虽然第二位置确定器112在图3中被描绘为包括在移动计算设备102中，但在其他实施例中，第二位置确定器112可以被包括在服务器430中。

数据438可以存储在一个或多个数据库中。一个或多个数据库可以通过高带宽LAN或WAN连接到服务器430，或者也可以通过网络440连接到服务器430。可以将一个或多个数据库分开，以便它们位于多个区域中。

服务器430还可以包括用于通过网络440与计算设备410通信的网络接口。该网络接口可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的组件，包括例如发送器、接收器、端口、控制器、天线或其他合适的组件。

网络440可以是任何类型的通信网络，例如局域网(例如，内联网)、广域网(例如，因特网)、蜂窝网络或其某种组合。网络440还可以包括移动计算设备410和服务器430之间的直接连接。网络440可以包括任何数量的有线或无线链路，并且可以使用任何适当的通信协议来执行。

系统400可以进一步包括一个或多个发送设备，例如发送设备450。发送设备450可以发送诸如关于图1中的发送设备104所描述的声学信号(例如超声信号)。在一些实施例中，发送设备450可以发送其他合适的信号，例如射频信号。可以使用任何适当的(多个)计算设备来实现发送设备450。尽管在图3中仅示出了一个发送设备，但是本领域技术人员将意识到，系统400中可以包括任何合适数量的发送设备。

本文讨论的技术参考了服务器、数据库、软件应用程序和其他基于计算机的系统，以及采取的行动和向此类系统及从其发送的信息。本领域普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许组件之间以及组件中的任务和功能的多种可能的配置、组合和划分。例如，可以使用单个服务器或组合工作的多个服务器来实现本文讨论的服务器处理。数据库和应用程序可以在单个系统上实现，也可以分布在多个系统上。分布式组件可以顺序或并行运行。

尽管已经针对本主题的特定示例实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在对前述内容的理解之后，可以容易地对这些实施例进行更改、变型和等同。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且如对于本领域普通技术人员显而易见的，本公开不排除包括对本主题的这种修改、变型和/或添加。

Claims (14)

1.一种与实时定位系统相关联的方法，所述方法包括：

通过移动设备中的扬声器发送所发送的声学信号；

通过移动设备内的麦克风接收所接收的声学信号，该所接收的声学信号是由所发送的声学信号与移动设备所处的本地声学环境的相互作用而产生的；

用所发送的声学信号对所接收的声学信号进行解卷积以生成房间响应轨迹；

将房间响应轨迹与建模的房间响应轨迹进行比较，所述建模的房间响应轨迹被预先计算并存储在移动设备或中央服务器之一上；以及

基于比较房间响应轨迹来确定移动设备的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述比较之前校正建模的房间响应轨迹，所述校正包括使用扬声器的空间发送特性和麦克风的空间接收特性。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述比较之前校正建模的房间响应轨迹，所述校正包括使用移动设备的取向的估计。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在发送所发送的声学信号之前，使用相移键控调制或QAM调制之一来调制声学信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，发送所发送的声学信号包括：在与所述移动设备相关联的特定时隙中发送所发送的声学信号。

6.一种与实时定位系统相关联的移动计算设备，所述移动计算设备包括：

扬声器，被配置为发送所发送的声学信号；

麦克风，被配置为接收所接收的声学信号，其中所接收的声学信号是由所发送的声学信号与移动计算设备所处的本地声学环境的相互作用而产生的；

处理设备，被配置为：

用所发送的声学信号对所接收的声学信号进行解卷积以生成房间响应轨迹；

将房间响应轨迹与建模的房间响应轨迹进行比较，该建模的房间响应轨迹被预先计算并存储在移动计算设备或中央服务器之一上；以及

基于房间响应轨迹的比较确定移动计算设备的位置。

7.根据权利要求6所述的移动计算设备，其中，所述处理设备还被配置为：

在所述比较之前执行对房间响应轨迹的校正，其中所述校正包括使用扬声器的空间发送特性和麦克风的空间接收特性。

8.根据权利要求6所述的移动计算设备，其中，所述处理设备还被配置为：

在所述比较之前执行对建模的房间响应轨迹的校正，其中所述校正包括使用移动计算设备的取向的估计。

9.根据权利要求6所述的移动计算设备，其中，所发送的声学信号是使用相移键控调制或QAM调制之一的调制声学信号。

10.根据权利要求6所述的移动计算设备，其中，在与所述移动计算设备相关联的特定时隙中发送所发送的声学信号。

11.一种与实时定位系统相关联的方法，所述方法包括：

由第一移动设备内的麦克风接收所接收的声学信号，该所接收的声学信号是由所发送的声学信号在第一移动设备所处的本地声学环境中的相互作用所产生的，其中，所发送的声学信号由第二移动设备发送；

由第一移动设备接收补充信息，该补充信息包括所发送的声学信号的强度、第二移动设备的取向、第二移动设备的一个或多个空间特性以及与所发送的声学信号相关联的定时信息；以及

基于所接收的声学信号和补充信息确定第一移动设备的位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述定时信息提供关于公共时间帧的定时数据。

13.一种与实时定位系统相关联的移动计算设备，所述移动计算设备包括：

麦克风，被配置为接收所接收的声学信号，所接收的声学信号是由所发送的声学信号在所述移动计算设备所处的本地声学环境内的相互作用产生的，其中所发送的声学信号是由另一移动计算设备发送的；

处理设备，被配置为：

基于所接收的声学信号和补充信息确定移动计算设备的位置，其中补充信息包括所发送的声学信号的强度、其它移动计算设备的取向，另一移动计算设备的一个或多个空间特征以及与所发送的声学信号相关联的定时信息。

14.根据权利要求13所述的移动计算设备，其中所述定时信息提供关于公共时间帧的定时数据。

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