CN115378512A - 基于声全息的无线多通道并行通信方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声全息的无线多通道并行通信方法、装置及设备，通过声全息发射基站构建用于通信的空间多焦点，信号被发出后，仅在焦点位置能接收到，实现端到端的通信。这种端到端的通信具有强保密性，加密基于声传播的物理过程，仅在焦点处才能收到有效信号。其空间多焦点的间距可以很小，在空气中应用40kHz超声波，配合声全息技术，可以实现3cm以内空间的完全解耦，即两个接收设备间距小于3cm也可独立接收到信号，而不受其他通道的影响，实现高密度空间复用；或实现小型设备的多通道接收，实现高速通信，实现高密度信息传递。尤其适合在电磁敏感，和电磁波难以传播的场合中应用。

Description

基于声全息的无线多通道并行通信方法、装置及设备

技术领域

本发明属于无线通信的技术领域，尤其涉及一种基于声全息的无线多通道并行通信方法、装置及设备。

背景技术

随着物联网的发展，通讯器、传感器等大量微型设备无线部署在工业和家庭环境中，感知环境变化，提供数据以便利我们的生活。如今几乎所有智能设备都需要网络连接以及供电电源，但不可能将所有设备都使用有线的方式连接起来。

无线通讯如今发展十分迅速，但在易受电磁干扰或屏蔽的影响，同时考虑到电磁的衰减，在与水下或人体内智能设备进行通信是十分困难的，增大功率也会引入安全问题，尤其是对人体植入器械来说。声波因其波动性质在传播过程中也会携带能量和信息，可作为另一种波动形式，用于无线通讯。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声全息的无线多通道并行通信方法、装置及设备，基于声波的特点和声全息技术，构建空间多焦点，实现基于声学的空间复用的多信道信息传递。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种基于声全息的无线多通道并行通信方法，包括：

获取声全息发射基站的初始参数，初始化声全息算法；

获取声全息发射基站的并行通道数量以及各接收设备的空间位置，基于声全息算法，在每个接收设备位置处构建焦点型声场；

根据通信协议及接收设备的解调方式，将通信信号进行数字编码和调制，实现对每个焦点幅度、相位和/或频率的独立控制，得到优化的发射参数；

基于所述发射参数，设置每个发射单元的发射状态，根据每个焦点的调制方式，发射超声信号，使每个焦点处的超声信号按所需的编码和调制方式波动，实现端到端的多通道并行通信。

根据本发明一实施例，所述在每个接收设备位置处构建焦点型声场进一步包括：

基于声全息算法，对空间多焦点进行解耦合，使得每个焦点可独立携带信息，构成多信道传输。

根据本发明一实施例，所述在每个接收设备位置处构建焦点型声场进一步包括：

基于声全息算法构建的空间多焦点中相邻两焦点的距离小于3cm，实现3cm以内空间的完全解耦。

根据本发明一实施例，所述获取声全息发射基站的初始参数，基于声全息算法，完成计算初始化进一步包括：

根据声全息发射基站的特性，定义辐射源；

根据声全息发射基站的发射单元的频率、形状、尺寸、位置及角度，自动生成网格；

其中，发射单元的发射参数可设置为常规的均匀阵列、非均匀排列的阵列或稀疏阵列；其每个阵元可独立设置为任意形状，以及任意偏转角度；

对于规则形状的发射单元，网格可以复用，只生成不重复的网格；对于阵列中相同的阵元也可实现复用，只对一个阵元生成网格。

根据本发明一实施例，所述得到优化的发射参数进一步包括：

仿真声传播过程，将目标声场反向传播至声全息发射基站的发射平面；

获取反向传播至发射平面处的声场分布的反馈信息，计算发射平面的发射参数。

根据本发明一实施例，所述仿真声传播过程，将目标声场反向传播至发射平面进一步包括：

对于均匀介质可使用基于物理模型的反向传播运算，基于共轭格林函数，使用包含瑞利积分、有限元、有限差分在内的数值计算方法实现基于物理模型的反向传播；这里的均匀介质表声波传播的媒介是均匀分布且不随时间变化的，例如自由空间的静止空气，声波或光波都0自由传播，不会因为介质引入干扰；

对于复杂介质可使用误差反向传播的运算形式，基于数学优化方法，根据目标声场，将误差反向传播至发射平面；这里的复杂介质表示媒质分布复杂，不均匀，或随时间变化；比如雾天，光线四处散射，就看不清远距离的物体；比如厚度不均匀的玻璃，看过去物体变扭曲；比如随时间变化的引起的多普勒效应；

基于数学模型或物理模型的反向传播过程，将声场信息编码至整个发射平面，基于此构建的声场，具有较强的鲁棒性和抗干扰性。

根据本发明一实施例，所述获取反向传播至发射平面处的声场分布的反馈信息，计算发射平面的发射参数进一步包括：

所述反向传播的结果即反馈信息；

基于物理模型的反向传播，提取反馈信息中的发射面处的声压，对发射面各发射单元表面的声压进行积分或空间滤波操作，得到发射面上各发射单元的发射幅度和相位；

基于数学优化模型的反向传播，根据不同优化算法，对发射单元的幅度和相位进行调整；

在每次迭代得到各发射单元的发射幅度和相位后，根据使用的发射设备的发射单元的辐射性能再次进行修正，对发射幅度和相位进行分级量化，校准一致性和量化误差，得到适用于当前发射设备的发射参数。

一种基于声全息的无线多通道并行通信装置，包括：

初始化模块，用于获取声全息发射基站的初始参数，基于声全息算法，完成计算初始化；

声场构建模块，用于获取声全息发射基站的并行通道数量以及各接收设备的空间位置，基于声全息算法，在每个接收设备位置处构建焦点型声场；

信号处理模块，用于根据通信协议及接收设备的解调方式，将通信信号进行数字编码和调制，实现对每个焦点幅度、相位和/或频率的独立控制，得到优化的发射参数；

并行发射模块，用于基于所述发射参数，设置每个发射单元的发射状态，根据每个焦点的调制方式，发射超声信号，使每个焦点处的超声信号按所需的编码和调制方式波动，实现端到端的多通道并行通信。

一种基于声全息的无线多通道并行通信设备，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法中的步骤。

一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法中的步骤。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法，传统声通信方式通常只是使用频率复用，时间复用等方式进行多用户的通信。受信道容量的极限限制，信息传递速率有限。通过声全息发射基站构建用于通信的空间多焦点，信号被发出后，仅在焦点位置能接收到，实现端到端的通信。此种端到端的通信具有强保密性，这种加密基于声传播的物理过程，仅在焦点处才能收到有效信号，在其他位置监听仅能获取到多通道混合的信号，无法进行解耦合，只有在预定的接收位置接收才可以收到有效信息。

2)本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法，其空间多焦点的间距可以很小，例如在空气中应用40kHz超声波，配合声全息技术，可以实现3cm以内空间的完全解耦，即两个接收设备间距小于3cm也可独立接收到信号，而不受其他通道的影响，实现高密度空间复用；或实现小型设备的多通道接收，实现高速通信，实现高密度信息传递。

3)本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法，基于声学原理，不会产生电磁干扰也不收电磁干扰影响，同时保证生物兼容安全性。可用于日常、电磁敏环境、水下、生物体内设备的无线通讯。

4)本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法，基于声全息产生的用于通信的空间多焦点，可以进行解耦合操作，使得每个焦点可独立携带信息，在信道带宽和信噪比不变的情况下也能成倍提高信息传输速率。

5)本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法，发射平面根据声全息编码发射后，可以得到多焦点的声场。这是发射平面上每个发射单元共同作用的结果，不是发射平面的某一块区域对应一个焦点。该多焦点声场抗干扰能力强，局部发生错误后，还有别的区域进行补偿。

附图说明

图1为本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信方法的流程图；

图2为本发明一实施例中的声全息发射基站的发射平面的示意图；

图3为本发明一实施例中的二维码及其二进制序列示意图；

图4为本发明一实施例中的幅度调制后的二进制序列示意图；

图5为本发明一实施例中的幅度调制解码后的二进制序列示意图；

图6为本发明一实施例中的幅度调制重建的二维码示意图；

图7为本发明一实施例中的相位调制后的二进制序列示意图；

图8为本发明一实施例中的相位调制解码后的二进制序列示意图；

图9为本发明一实施例中的相位调制重建的二维码示意图；

图10为本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信装置框图；

图11为本发明一实施例中的基于声全息的无线多通道并行通信设备的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于声全息的无线多通道并行通信方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

请参看图1，该基于声全息的无线多通道并行通信方法，包括以下步骤：

S1：获取声全息发射基站的初始参数，初始化声全息算法；

S2：获取声全息发射基站的并行通道数量以及各接收设备的空间位置，基于声全息算法，在每个接收设备位置处构建焦点型声场；

S3：根据通信协议及接收设备的解调方式，将通信信号进行数字编码和调制，实现对每个焦点幅度、相位和/或频率的独立控制，得到优化的发射参数；

S4：基于该发射参数，设置每个发射单元的发射状态，根据每个焦点的调制方式，发射超声信号，使每个焦点处的超声信号按所需的编码和调制方式波动，实现端到端的多通道并行通信。

在步骤S1中，声全息发射基站通常是由很多小型发射单元排列形成的相控阵，或是通过人工设计的超材料辅助，进行声波发射。

本实施例定义声传播介质的物理参数，如声速、密度、衰减系数。当使用简化模型时只需定义介质声速，如室温下空气声速约为343(m/s)，水中声速约为1485(m/s)。定义声全息工作频率，根据频率和声速可换算得到波长(λ＝c/f)，将用于确定网格空间间隔。定义辐射源，根据所使用发射单元的特性设置灵敏度等辐射特性，可针对相控阵和超材料进行优化，并根据发射单元形状、尺寸、位置、角度等，自动生成辐射网格，例如图2据下述参数进行自动生成，其中黑色表示有效辐射区域(除边框外)，阵元为圆形，直径为7(mm)，阵元二维均匀格栅排布，共计16×16个，间距为10.5(mm)，发射轴向与x-y平面夹角90度。也可手动剖分网格，在声全息算法外部生成与图2类似的二维矩阵，导入算法可直接使用。

在实际应用中，该声全息发射基站包括若干发射单元、FPGA控制器；其中，FPGA控制器可承载声全息算法，计算得到每个发射单元的发射参数，将发射参数分配至相应的发射单元，同时将各信道传输的信息编码至声场全息分布。该声全息算法可运行在FPGA上，也可使用个人电脑计算，将结果上传至FPGA，然后进行控制。声全息算法可自由设置发射频率，可计算不同频率的声波，用于实现频率调制，声全息算法中可定义幅度分布，也可定义相位分布。

在步骤S2中，获取声全息发射基站的并行通道数量以及各接收设备的空间位置，基于声全息算法，在每个接收设备位置处构建焦点型声场。

本实施例定义多焦点声场时，需要定义声场类型、强度、空间坐标。声场类型多焦点；强度则表示声波振幅，声场中的不同组成部分可指定不同强度，实现独立控制；空间坐标为相对于辐射源的相对坐标，可确定声场的z方向高度和x-y的偏移量。每个声场的组成部分均可指定声强，例如：定义多点聚焦的每个焦点强度均为1(W/cm²)。

通过声全息算法优化，声全息发射基站可针对空间多焦点进行解耦合，使得每个焦点可独立携带信息，即不同焦点可作为不同通道独立传递信息。而且空间多焦点的间距可以很小，例如在空气中应用40kHz超声波，配合声全息技术，可以实现3cm以内空间的完全解耦，即两个接收设备间距小于3cm也可独立接收到信号，而不受其他通道的影响，实现高密度空间复用。

在实际应用中，接收设备可以是若干接收传感器，每个接收传感器对应一焦点位置。该若干接收传感器按规则形状排列或按不规则形状排列。

例如，多通道声接收模块为圆环形，各接收传感器等间距布置于圆环上。

又如，多通道声接收模块为方形，各接收传感器以阵列的形式排布于多通道声接收模块上。

当然，该多通道声接收模块还可以是其他形状，其可设计成任意规则形状或不规则形状，只是其接收的分布密度会受声全息发射基站的发射阵列限制。

在步骤S3中，根据通信协议及接收设备的解调方式，将通信信号进行数字编码和调制，实现对每个焦点幅度、相位和/或频率的独立控制，得到优化的发射参数。

本实施例中的基于声全息产生的用于通信的空间多焦点，可与幅度调制、相位调制和频率调制相兼容。

例如：定义对多点聚焦的每个焦点幅度编码，即焦点强度随时间变化，上面定义的每个焦点强度均为1(W/cm²)便成为幅度编码的最大幅度，即幅度可在0-1(W/cm²)之间任意调制变化；如果定义对多点聚焦的每个焦点相位编码，这样需在之前定义的每个焦点强度均为1(W/cm²)的基础上加入相位约束条件，即有的焦点相位0，有的焦点相位pi等等；如果定义对多点聚焦的每个焦点频率编码，则通过设置发射频率，是不同频率在对应焦点位置处产生强度均为1(W/cm²)的焦点。

在得到优化的发射参数过程中，可进行以下步骤：

仿真声传播过程，将目标声场反向传播至声全息发射基站的发射平面；

获取反向传播至发射平面处的声场分布的反馈信息，计算发射平面的发射参数。

其中，仿真声传播过程，将目标声场(焦点型声场)反向传播至发射平面。基于物理模型的反向传播过程可使用有限元法，有限差分法，边界积分法等计算方式完成。下面以边界积分法为例，简单描述声传播过程。考虑到时间简谐情况，有源声波动方程可描述为：

令

得自由空间格林函数：

其中

为波数，声场分布满足基尔霍夫-亥姆霍兹积分公式：

其中

为辐射源平面法向，在给定辐射平面的声压分布后，可用以下公式(1)进行声场计算：

令

因此空间声压可通过卷积p＝p₀*h或在傅式域中使用角谱方式计算P＝P₀·H。使用公式(1)将目标声场反向传播至发射平面。

对于有限元法及有限差分法，在此暂不做介绍了，声全息算法可与这些传统声场仿真方法兼容。

基于数学模型的反向传播过程，将计算输出值(第一步为初始值)与目标函数的误差，可设计不同目标函数包括待构建参考声场的值，以及关于待构建参考声场的衍生运算。例如声场的总误差，声场的峰值信噪比，声场的平均噪声水平等，对于不同类型声场还有独有的目标函数，例如多点聚焦的焦点强度和焦点半高全宽；声涡旋的角谱纯度等。

上述基于物理模型的反向传播运算适用于均匀介质，这里的均匀介质表声波传播的媒介是均匀分布且不随时间变化的，例如自由空间的静止空气，声波或光波都0自由传播，不会因为介质引入干扰。而基于数学模型的反向传播预算适用于复杂介质，这里的复杂介质表示媒质分布复杂，不均匀，或随时间变化；比如雾天，光线四处散射，就看不清远距离的物体；比如厚度不均匀的玻璃，看过去物体变扭曲；比如随时间变化的引起的多普勒效应。

基于数学模型或物理模型的反向传播过程，将声场信息编码至整个发射平面，基于此构建的声场，具有较强的鲁棒性和抗干扰性。

获取反向传播至发射平面处的声场分布的反馈信息，计算发射平面的发射参数。

基于物理模型的反向传播：根据反向传播计算得到的发射平面的声场分布计算发射平面的发射幅度和相位。模拟真实接收情况，将传播至阵元表面的声压进行积分：

上述积分得到的p_tn为复数，表示第n个阵元发射的幅度和相位。

基于数学模型的反向传播：根据误差的反向传播，求解个发射阵元与误差的偏导数，使用梯度下降方法，改变各个发射阵元的发射参数。

p_tn ^*＝w(p_z,Δp_z,p_ref)p_tn

若是遗传算法等筛选算法，则根据误差对种群进行筛选和变异，获得更优的发射参数。

得到发射参数后需将此参数按阵元性能进行分级量化，例如幅度和相位均为m级量化的情况，round(p*m)/m，’round’表示对幅度和相位的四舍五入。针对一些超材料的特性，幅度和相位为非均匀分布形式，可将具体的性能值写入算法，通过最邻近匹配的方式进行修正。

在步骤S4中，基于该发射参数，设置每个发射单元的发射状态，根据每个焦点的调制方式，发射超声信号，使每个焦点处的超声信号按所需的编码和调制方式波动，实现端到端的多通道并行通信。

通过上述方法，声全息发射基站可构建用于通信的空间多焦点，信号被发出后，仅在焦点位置能接收到，实现端到端的通信。通过算法优化，可针对空间多焦点进行解耦合，使得每个焦点可独立携带信息，即不同焦点可作为不同通道独立传递信息。这种空间复用可与幅度调制，相位调制和频率调制相兼容，不对信道有严格要求，在信道带宽和信噪比不变的情况下也能成倍提高信息传输速率。此种端到端的通信具有强保密性，这种加密基于声传播的物理过程，仅在焦点处才能收到有效信号。而且空间多焦点的间距可以很小，例如在空气中应用40kHz超声波，配合声全息技术，可以实现3cm以内空间的完全解耦，即两个接收设备间距小于3cm也可独立接收到信号，而不受其他通道的影响，实现高密度空间复用；或实现小型设备的多通道接收，实现高速通信，实现高密度信息传递。在物联网，智能家电，智慧医疗，水下通信等领域有广阔应用前景，且尤其适合在电磁敏感，和电磁波难以传播的场合中应用。

下面以一个具体实施例说明该基于声全息的无线多通道并行通信方法达到的效果：

本实施例中的声全息发射基站，采用256个声发射单元，使用FPGA控制，声发射频率为40kHz。多通道声接收模块设置11个接收传感器用于接收多通道声信号，11个接收传感器分布在圆环上，接收传感器之间距离仅为2.8cm。

以二维码作为需传递的信息，实验中设置10个空间复用信道，将二维码编码至10个二进制序列，图3展示了实验用的二维码及其二进制序列。

以下对该二维码信息分别做幅度调制传输和相位调制传输：

幅度调制传输：对展示在不同焦点的二维码序列进行幅度调制，幅度调制后的多通道接收信号如图4所示，图4中通道0为时钟信号，通道1-10为携带二维码信息的10个二进制序列。虽然接收传感器之间间距很小，但幅度调制的信号仍能清晰的被各个传感器接收到，且无相互干扰。根据时钟信号解调后，得到图5所示的二进制序列，将该二进制序列重构可重新得到传输的二维码信息，请参看图6，重建后的二维码无差错。

相位调制传输：对展示在不同焦点的二维码信息进行相位调制，相位调制后的多通道接收信号如图7所示，图7中通道0为参考信号，通道1-10为携带二维码信息的10个二进制序列。根据参考信号解调相位后，得到图8所示的二进制序列，将该二进制序列重构可重新得到传输的二维码信息，请参看图9，重建后的二维码无差错。

作为实验展示，其中每个通道传输速率为80bit/s，而通过创建10个空间复用信道后，信息传输速度变为单通道的10倍，达到800bit/s。

实施例二

本实施例提供了一种基于声全息的无线多通道并行通信装置，请参看图10，该基于声全息的无线多通道并行通信装置包括：

初始化模块1，用于获取声全息发射基站的初始参数，基于声全息算法，完成计算初始化；

声场构建模块2，用于获取声全息发射基站的并行通道数量以及各接收设备的空间位置，基于声全息算法，在每个接收设备位置处构建焦点型声场；

信号处理模块3，用于根据通信协议及接收设备的解调方式，将通信信号进行数字编码和调制，实现对每个焦点幅度、相位和/或频率的独立控制，得到优化的发射参数；

并行发射模块4，用于基于所述发射参数，设置每个发射单元的发射状态，根据每个焦点的调制方式，发射超声信号，使每个焦点处的超声信号按所需的编码和调制方式波动，实现端到端的多通道并行通信。

上述初始化模块1、声场构建模块2、信号处理模块3及并行发射模块4的功能及实现方式均如上述实施例一中所述，在此不再赘述。

实施例三

本实施例提供了一种基于声全息的无线多通道并行通信设备。请参看图11，该基于声全息的无线多通道并行通信设备500可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)510(例如，x86，arm架构处理器或FPGA)和存储器520，一个或一个以上存储应用程序533或数据532的存储介质530(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器520和存储介质530可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质530的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对基于声全息的无线多通道并行通信设备500中的一系列指令操作。

进一步，处理器510可以设置为与存储介质530通信，在基于声全息的无线多通道并行通信设备500上执行存储介质530中的一系列指令操作。

基于声全息的无线多通道并行通信设备500还可以包括一个或一个以上电源540，一个或一个以上有线或无线的网络接口550，一个或一个以上输入输出接口560，和/或，一个或一个以上操作系统531，例如Windows Serve、Vista等等。

本领域技术人员可以理解，图11示出的基于声全息的无线多通道并行通信设备的结构并不构成对基于声全息的无线多通道并行通信设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本发明的另一实施例还提供了一种计算机可读存储介质。

该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令在计算机上运行时，使得计算机执行实施例一中的基于声全息的无线多通道并行通信设备方法的步骤。

基于声全息的无线多通道并行通信方法如果以程序指令的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件的形式体现出来，该计算机软件存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-onlymemory，ROM)、随机存取存储器(Random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述得方便和简洁，上述描述的系统及设备的具体执行的识别内容，可以参考前述方法实施例中的对应过程。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于声全息的无线多通道并行通信方法，其特征在于，包括：

获取声全息发射基站的初始参数，初始化声全息算法；

获取声全息发射基站的并行通道数量以及各接收设备的空间位置，基于声全息算法，在每个接收设备位置处构建焦点型声场；

根据通信协议及接收设备的解调方式，将通信信号进行数字编码和调制，实现对每个焦点幅度、相位和/或频率的独立控制，得到优化的发射参数；

基于所述发射参数，设置每个发射单元的发射状态，根据每个焦点的调制方式，发射超声信号，使每个焦点处的超声信号按所需的编码和调制方式波动，实现端到端的多通道并行通信。

2.如权利要求1所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法，其特征在于，所述在每个接收设备位置处构建焦点型声场进一步包括：

基于声全息算法，对空间多焦点进行解耦合，使得每个焦点可独立携带信息，构成多信道传输。

3.如权利要求1所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法，其特征在于，所述在每个接收设备位置处构建焦点型声场进一步包括：

基于声全息算法构建的空间多焦点中相邻两焦点的距离小于3cm，实现3cm以内空间的完全解耦。

4.如权利要求1所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法，其特征在于，所述获取声全息发射基站的初始参数，基于声全息算法，完成计算初始化进一步包括：

根据声全息发射基站的特性，定义辐射源；

根据声全息发射基站的发射单元的频率、形状、尺寸、位置及角度，自动生成网格；

其中，发射单元的发射参数可设置为常规的均匀阵列、非均匀排列的阵列或稀疏阵列；其每个阵元可独立设置为任意形状，以及任意偏转角度；

对于规则形状的发射单元，网格可以复用，只生成不重复的网格；对于阵列中相同的阵元也可实现复用，只对一个阵元生成网格。

5.如权利要求1所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法，其特征在于，所述得到优化的发射参数进一步包括：

仿真声传播过程，将目标声场反向传播至声全息发射基站的发射平面；

获取反向传播至发射平面处的声场分布的反馈信息，计算发射平面的发射参数。

6.如权利要求5所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法，其特征在于，所述仿真声传播过程，将目标声场反向传播至发射平面进一步包括：

对于均匀介质可使用基于物理模型的反向传播运算，基于共轭格林函数，使用包含瑞利积分、有限元、有限差分在内的数值计算方法实现基于物理模型的反向传播；

对于复杂介质可使用误差反向传播的运算形式，基于数学优化方法，根据目标声场，将误差反向传播至发射平面；

基于数学模型或物理模型的反向传播过程，将声场信息编码至整个发射平面，基于此构建的声场，具有较强的鲁棒性和抗干扰性。

7.如权利要求5所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法，其特征在于，所述获取反向传播至发射平面处的声场分布的反馈信息，计算发射平面的发射参数进一步包括：

所述反向传播的结果即反馈信息；

基于物理模型的反向传播，提取反馈信息中的发射面处的声压，对发射面各发射单元表面的声压进行积分或空间滤波操作，得到发射面上各发射单元的发射幅度和相位；

基于数学优化模型的反向传播，根据不同优化算法，对发射单元的幅度和相位进行调整；

在每次迭代得到各发射单元的发射幅度和相位后，根据使用的发射设备的发射单元的辐射性能再次进行修正，对发射幅度和相位进行分级量化，校准一致性和量化误差，得到适用于当前发射设备的发射参数。

8.一种基于声全息的无线多通道并行通信装置，其特征在于，包括：

初始化模块，用于获取声全息发射基站的初始参数，基于声全息算法，完成计算初始化；

声场构建模块，用于获取声全息发射基站的并行通道数量以及各接收设备的空间位置，基于声全息算法，在每个接收设备位置处构建焦点型声场；

信号处理模块，用于根据通信协议及接收设备的解调方式，将通信信号进行数字编码和调制，实现对每个焦点幅度、相位和/或频率的独立控制，得到优化的发射参数；

并行发射模块，用于基于所述发射参数，设置每个发射单元的发射状态，根据每个焦点的调制方式，发射超声信号，使每个焦点处的超声信号按所需的编码和调制方式波动，实现端到端的多通道并行通信。

9.一种基于声全息的无线多通道并行通信设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任意一项所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法中的步骤。

10.一种存储有计算机可读指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如权利要求1至7中任意一项所述的基于声全息的无线多通道并行通信方法中的步骤。

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