CN1854760A - 使用超声波估计位置的方法、系统和介质 - Google Patents

Abstract

提供了一种使用超声波来估计遥控器的位置的方法、系统和介质。所述方法包括：接收从遥控器发送的多个信号；测量包括在接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；对于每个接收的信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置；和基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

Description

使用超声波估计位置的方法、系统和介质

                         技术领域

本发明涉及使用超声波的位置估计，更具体地讲，涉及一种使用由遥控器发出的具有多个脉冲组的红外信号和超声信号来估计该遥控器的二维位置信息的方法和系统。

                         背景技术

通常5.1声道扬声器被用于再现环绕声。然而，在这种情况下，用户必须购买单独的扬声器并保证适合安装它们的空间。

针对这个问题，已提出了一种使用置于诸如数字TV的装置的两侧的两个扬声器来再现环绕声的方法。然而，在这种情况下，由于最佳听音点(sweetspot)范围仅为大约10度，所以在最佳听音点范围之外的位置处，环绕声的品质显著降低。

因而，当用户使用遥控器来控制再现环绕声的装置时，必须提供一种使得该装置能够通过识别遥控器的二维位置来根据用户的位置以合适的方向和音量再现环绕声的设备。

                         发明内容

将在下面的描述中部分阐述本发明的另外的方面、特征和/或优点，并且部分，将从该描述中是显而易见的，或者可通过实施本发明来了解。

本发明提供这样一种方法和系统，该方法和系统用于从预定的无线遥控器接收具有多个脉冲组的红外信号和在红外信号之后发送的超声信号，并由具有一个红外接收传感器和两个超声波接收传感器的环绕声再现设备估计该无线遥控器的二维位置。

当审阅下面的描述时，对于本领域的技术人员来说，本发明的以上及其它方面、特征和优点将变得清楚。

根据本发明的一方面，提供一种使用超声波来估计位置的方法。该方法包括：接收从遥控器发送的多个信号；测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；对于每个接收的信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置；和基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

根据本发明的另一方面，提供一种使用超声波来估计位置的方法，该方法包括：(a)接收从遥控器发送的多个信号；(b)测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；(c)计算对接收的信号测量的时间延迟的平均值；和(d)使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

根据本发明的另一方面，提供一种遥控器，包括：红外信号发送模块，发送红外信号；超声信号发送模块，发送超声信号；和起始信号控制模块，发送包括红外信号和超声信号的多个起始信号。

根据本发明的另一方面，提供一种接收器，包括：红外信号接收模块，从发送包括红外信号和超声信号的多个信号的遥控器接收红外信号；第一超声信号接收模块，接收超声信号；第二超声信号接收模块，与第一超声信号接收模块隔开预定距离，接收超声信号；时间延迟计算模块，使用红外信号测量超声信号的起始时间，测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟；和位置计算模块，对于由遥控器发送的每个接收信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置，并基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

根据本发明的另一方面，提供一种接收器，包括：红外信号接收模块，从发送包括红外信号和超声信号的多个信号的遥控器接收红外信号；第一超声信号接收模块，接收超声信号；第二超声信号接收模块，与第一超声信号接收模块隔开预定距离，接收超声信号；时间延迟计算模块，使用红外信号测量超声信号的起始时间，测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟，并计算对接收的信号测量的第一时间延迟的平均值和对接收的信号测量的第二时间延迟的平均值；和位置计算模块，使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

根据本发明的另一方面，提供一种使用超声波来估计位置的系统，该系统包括：遥控器，发送包括红外信号和超声信号的多个信号；和接收器，接收所述多个信号，测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟，对于每个接收的信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置，并基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

根据本发明的另一方面，提供一种使用超声波来估计位置的系统，该系统包括：遥控器，发送包括红外信号和超声信号的多个信号；和接收器，接收所述多个信号，测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟，计算对接收的信号测量的时间延迟的平均值，并使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

根据本发明的另一方面，提供至少一种存储指令的计算机可读介质，所述指令用于控制至少一个处理器执行使用超声波估计位置的方法，所述方法包括：接收从遥控器发送的多个信号；测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；对于每个接收的信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置；和基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

根据本发明的另一方面，至少一种存储指令的计算机可读介质，所述指令用于控制至少一个处理器执行使用超声波估计位置的方法，所述方法包括：接收从遥控器发送的多个信号；测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；计算对接收的信号测量的时间延迟的平均值；和使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于估计遥控器的位置的方法，该方法包括：接收红外信号和超声信号；测量所接收的红外信号和由第一传感器接收的超声信号之间的第一时间延迟；测量所接收的红外信号和由第二传感器接收的超声信号之间的第二时间延迟；和基于第一时间延迟、第二时间延迟以及第一和第二传感器的预定位置来估计遥控器的位置。

根据本发明的另一方面，至少一种存储指令的计算机可读介质，所述指令用于控制至少一个处理器执行估计遥控器的位置的方法，所述方法包括：接收红外信号和超声信号；测量所接收的红外信号和由第一传感器接收的超声信号之间的第一时间延迟；测量所接收的红外信号和由第二传感器接收的超声信号之间的第二时间延迟；和基于第一时间延迟、第二时间延迟以及第一和第二传感器的预定位置来估计遥控器的位置。

附图说明

从下面结合附图对示例性实施例的描述中，本发明的这些和/或其它方面、特征和优点将变得清楚和更容易理解，其中：

图1示出根据本发明示例性实施例的使用位置估计所需的参数和超声波来估计遥控器的位置的系统；

图2是示出根据本发明示例性实施例的估计遥控器的位置的方法的流程图；

图3是根据本发明示例性实施例的遥控器的方框图；

图4是根据本发明示例性实施例的接收器的方框图；

图5示出从根据本发明示例性实施例的遥控器发送的红外信号和超声信号的波形；

图6示出由根据本发明示例性实施例的接收器接收的红外信号和超声信号的波形；

图7是用于解释使用红外信号的发出的终止时间来获得超声信号的起始时间的方法的示图；

图8A和图8B示出根据本发明示例性实施例的脉冲组的形式；

图9是示出根据本发明示例性实施例的计算超声信号的接收时间的方法的流程图；

图10示出根据本发明示例性实施例的第一时间延迟和第二时间延迟；

图11是根据本发明示例性实施例的包括温度传感器模块的接收器的方框图；

图12示出根据本发明示例性实施例的用于计算遥控器的位置的参数；

图13是用于解释根据本发明示例性实施例的选择除具有异常值的坐标之外的位置坐标的示图；

图14是用于解释根据本发明示例性实施例的选择除具有异常值的坐标之外的位置坐标的另一示图；和

图15A和图15B是用于解释根据本发明示例性实施例的确定异常值的方法的示图。

                         具体实施方式

现在将详细描述本发明的示例性实施例，其示例示出在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。以下通过参考附图对示例性实施例进行描述以解释本发明。

以下将参考根据本发明示例性实施例的方法的流程图来描述根据本发明示例性实施例的使用位置估计所需的参数和超声波来估计遥控器的位置的系统。应该理解，流程图的每一个方框和流程图中的方框的组合可由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，从而经计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在一个流程图方框或多个流程图方框中指定的功能的手段。这些计算机程序指令还可被存储在可指导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可用或计算机可读存储器中，以便存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令生成包括执行在一个流程图方框或多个流程图方框中指定的功能的指令手段的产品。所述计算机程序指令还可被载入计算机或其它可编程数据处理设备，以使得一系列操作步骤在计算机或其它可编程设备上被执行以生成计算机执行的过程，从而在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在一个流程图方框或多个流程图方框中指定的功能的步骤。

流程图的每一个方框可表示包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码的段、一部分或模块。还应该注意到，在一些可替换的实现中，方框中表示的功能可不按顺序发生。例如，根据所涉及的功能性，实际上可基本同时执行连续显示的两个方框，或者有时可按逆序执行这些方框。

图1示出根据本发明示例性实施例的使用位置估计所需的参数和超声波来估计遥控器的位置的系统100。参考图1，系统100包括具有再现环绕声的扬声器的数字TV 150和控制数字TV的遥控器120。

遥控器120包括发送红外信号的红外产生单元122和发送超声信号的超声波产生单元124。

数字TV 150包括：红外接收传感器152，接收从红外产生单元122发送的红外信号；以及第一超声波接收传感器154和第二超声波接收传感器156，接收从超声波产生单元124发送的超声信号。如图1所示，优选地，第一超声波接收传感器154和第二超声波接收传感器156位于相对方向上，与它们之间的中心，即红外接收传感器152相隔L/2。换句话说，第一超声波接收传感器154和第二超声波接收传感器156之间的距离是L。

还假定：遥控器120和红外接收传感器152之间的距离是R，遥控器120和第一超声波接收传感器154之间的距离是L1，遥控器120和第二超声波接收传感器156之间的距离是L2，遥控器120和红外接收传感器152之间的角度是θ。

在本示例性实施例中，数字TV 150使用从遥控器120接收的红外信号和超声信号之间的时间延迟来计算与L1对应的第一距离信息和与L2对应的第二距离信息，并使用第一距离信息、第二距离信息和与预设的L对应的第三距离信息来计算R和θ。一旦获得了R和θ，就可估计遥控器120相对于数字TV 150的二维位置。

在图2中，以通常的方式示出了根据本发明示例性实施例的估计遥控器的位置的方法。

首先，在步骤S210中，从遥控器120发送多个信号。这些信号包括红外信号和超声信号。将从遥控器120产生并且发送的包括红外信号和超声信号的信号称作起始信号(originating signal)。优选地，在发送红外信号之后发送超声信号，并且可在遥控器120中预先设置发送起始信号的次数。

在步骤S220中，数字TV 150接收从遥控器120发送的多个起始信号。数字TV 150首先通过红外接收传感器152接收红外信号，然后通过第一超声波接收传感器154和第二超声波接收传感器156接收超声信号。在第一超声波接收传感器154或第二超声波接收传感器156中超声信号的接收时间可随着遥控器120的位置而改变。由于红外信号在空气中的传播速度是3*10⁸m/s，比超声波在空气中的传播速度即340m/s快，所以假设在本发明中红外信号的传播时间是可忽略的，并且红外信号的接收和发送同时发生。

当一通过红外接收传感器152、第一超声波接收传感器154和第二超声波接收传感器156接收到包括在起始信号中的红外信号和超声信号时，在步骤230中，数字TV 150就测量接收的红外信号和超声信号之间的时间延迟。换句话说，即使当在红外信号之后立即从遥控器120发送超声信号时，由于遥控器120和数字TV 150之间的距离也会导致在数字TV 150中发生接收的红外信号和超声信号之间的时间延迟。另外，由于根据遥控器120的位置，由第一超声波接收传感器154接收的超声信号的接收时间可能不同于由第二超声波接收传感器156接收的超声信号的接收时间，所以红外信号和由第一超声波接收传感器154接收的超声信号之间的时间延迟(以下，称作第一时间延迟)与红外信号和由第二超声波接收传感器156接收的超声信号之间的时间延迟(以下，称作第二时间延迟)不同。

在测量所述时间延迟之后，在步骤S240中，估计遥控器120的位置。换句话说，使用第一时间延迟来获得L1，使用第二时间延迟来获得L2，使用L1、L2和预设的L来获得R和θ。

图3是根据本发明示例性实施例的遥控器的方框图。遥控器300包括：红外信号发送模块320，发送红外信号；超声信号发送模块330，发送超声信号；和信号控制模块310，控制并发送包括红外信号和超声信号的多个信号。

同时，在本发明示例性实施例中使用的术语“模块”是指，但并不限于，执行特定任务的软件或硬件组件，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。模块可有利地被构造为驻留在可寻址存储介质上，而且被构造为在一个或多个处理器上执行。因而，模块可包括，作为示例，诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件的组件、进程、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动程序、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。在所述组件和模块中提供的功能性可被组合到较少的组件和模块中，或者还可被分离到附加的组件和模块中。另外，所述组件和模块可以被实现为在通信系统中的一个或多个计算机上被执行。

超声信号发送模块330包括：频率产生模块332，根据从信号控制模块310接收的信号来产生预设频率；电压放大模块334，放大超声信号；和超声波产生模块336，产生放大的超声信号。超声波产生模块336也可被称作超声信号产生模块。

红外信号发送模块320包括：代码产生模块332，根据从信号控制模块310接收的信号来产生红外信号识别代码；调制模块324，对产生的红外信号识别代码进行调制；和红外产生模块326，产生调制的红外信号识别代码。红外产生模块326也可被称作红外信号产生模块。

信号控制模块310控制红外信号发送模块320根据从用户输入的预定信号发送红外信号，还控制超声信号发送模块330在红外信号被发送之后发送超声信号。此时，优选地，在红外信号被发送之后立即发送超声信号。

图5中示出了从遥控器300的红外信号发送模块320和超声信号发送模块330产生的信号的示例。

在代码产生模块322产生并发送红外信号识别代码之后，发送多个起始信号。这里，假设发送N个起始信号。换句话说，在发送红外信号识别代码之后，遥控器300以预定间隔产生N个起始信号。

如图5所示，包括在起始信号中的红外信号和超声信号不同时产生，并且在发送红外信号之后立即发送超声信号。优选地，超声信号的频率是40KHz。

包括在单个产生的信号中的红外信号包括多个脉冲组，随后将给出其详细描述。

图4是根据本发明示例性实施例的接收器400的方框图。接收器400包括红外信号接收模块430、第一超声信号接收模块410、第二超声信号接收模块420、时间延迟计算模块440、位置计算模块450和声音产生模块460。红外信号接收模块430从发送包括红外信号和超声信号的多个信号的遥控器300接收红外信号。第一超声信号接收模块410接收超声信号。第二超声信号接收模块420与第一超声信号接收模块410隔开距离L，并接收超声信号。时间延迟计算模块440使用接收的红外信号和接收的超声信号来测量时间延迟。位置计算模块450使用测量的时间延迟来计算R和θ。声音产生模块460以这样一种方式产生声音，即，使得在由位置计算模块450计算的遥控器300的位置坐标处产生最佳听音点。

红外信号接收模块430包括红外接收传感器模块432、解调模块434和解码模块436。红外接收传感器模块432感测并接收从遥控器300发送的红外信号。解调模块434对接收的红外信号进行解调。解码模块436对解调的红外信号进行解码。

第一超声信号接收模块410包括第一超声波接收传感器模块412、带通滤波器模块414、电压放大模块416和比较模块418。第一超声波接收传感器模块412感测并接收从遥控器300发送的超声信号。带通滤波器模块414对接收的超声信号进行关于预定频带的滤波。电压放大模块416放大滤波的超声信号。比较模块418基于预定参考值将放大的超声信号处理成0或1。

第二超声信号接收模块420包括第二超声波接收传感器模块422、带通滤波器模块424、电压放大模块426和比较模块428。优选地，第二超声信号接收模块420的结构与第一超声信号接收模块410的结构相同。

时间延迟计算模块440使用接收的红外信号来测量超声信号的起始时间，并测量相对于测量的起始时间的第一时间延迟和第二时间延迟。将参考图6详细描述由接收器400接收的红外信号和超声信号的波形。

一旦接收器400的红外信号接收模块430从遥控器300接收到红外信号识别代码，就接收到了与第一起始信号的红外信号对应的信号，并且在时间延迟T(1，1)(第一时间延迟)之后由第一超声信号接收模块410接收到超声信号。此时，时间延迟T的第一参数表示由第一超声信号接收模块410接收到超声信号，时间延迟T的第二参数表示接收的超声信号是第一接收超声信号。在第二时间延迟T(2，1)之后由第二超声信号接收模块420接收到超声信号。

当在红外信号之后立即从遥控器300产生超声信号时，红外信号的终止时间与超声信号的起始时间相同。因而，可通过确定从遥控器300产生的超声信号到达接收器400的时间和红外信号的终止时间之间的差来获得第一时间延迟和第二时间延迟。

图7是用于解释使用从遥控器300发出的红外信号的终止时间来获得超声信号的起始时间的方法的示图。

参考图7，从遥控器300产生的红外信号包括多个脉冲组。在图7中，一个红外信号包括三个脉冲组，在这三个脉冲组中，第一脉冲组的宽度是I1、第二脉冲组的宽度是I2、第三脉冲组的宽度是I3，第一脉冲组和第二脉冲组之间的间隔是J1，第二脉冲组和第三脉冲组之间的间隔是J2，红外信号的宽度是S。换句话说，当遥控器300产生红外信号时，红外信号的宽度S等于I1+J1+I2+J2+I3。然而，直到红外信号到达接收器400为止，由于诸如外围环境中的干扰和噪声的外部影响和红外信号的固有特性而导致I1、J1、I2、J2和I3改变。因而，接收器400应该检查接收的红外信号的波形，以识别接收的红外信号是否是从遥控器300发送的。换句话说，接收器400的红外信号接收模块430接收预定红外信号识别代码，搜索满足d*I1＜t(波形的宽度)＜e*I1的波形，并将找到的波形的起始和末尾记录为b1和b2。在时间延迟c*J1之后，红外信号接收模块430搜索满足d*I2＜t＜e*I2的波形，并将找到的波形的起始和末尾记录为b3和b4。在时间延迟c*J2之后，红外信号接收模块430搜索满足d*I3＜t＜e*I3的波形，并将找到的波形的起始和末尾记录为b5和b6。此时，d、e和c中的每个是用于将裕量加到脉冲组的宽度和脉冲组之间的间隔的变量，例如，d＝0.8，e＝1.2，c＝0.5。

以这种方式，获得b1、b2、b3、b4、b5和b6，并且可使用b1、b2、b3、b4、b5和b6来获得超声信号的起始时间b。如果假设红外信号的起始时间b1为0，则每个脉冲的边沿的起始时间b的估计可被表示为X1＝b1+S、X2＝b2+S-I1、X3＝b3+S-I1-J1、X4＝b4+J2+I3、X5＝b5+I3和X6＝b6。相比于使用每个边沿估计，使用如方程(1)中的这些估计的线性和可更精确地获得起始时间b。

$\hat{b}=\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_n{x}_n={\mathrm{\α}}^{T}x---\left(1\right)$

其中，x＝[x₁，…，x₆]，α＝[α₁，…，α₆]^T，α_n是用于线性和的系数，并不仅仅指权重值。(虽然在这个示例中n从1到6，但是n可以是诸如1、2、3、4、5、6、7…的任一自然数。)这里，为了使

更接近起始时间b，最好是使 的平均值为 $E\left(\hat{b}\right)=b,$ 的离散度即

等于 $E\left[{\{\hat{b}-E\left(\hat{b}\right)\}}^2\right].$ 换句话说，为了获得b的最优估计，应该获得满足前述条件的α。

$\mathrm{var}\left(\hat{b}\right)=E\left[{\{{\mathrm{\α}}^{T}x-{\mathrm{\α}}^{T}E\left(x\right)\}}^2\right]$

$=E\left[{\mathrm{\α}}^T(x-E\left(x\right)){(x-E(x.))}^T\mathrm{\α}\right]$

$={\mathrm{\α}}^T\mathrm{C\α}$

其中，C表示x的协方差矩阵，C等于C＝(x-E(x))(x-E(x))^T。

当假设红外信号的起始时间b1为0、b＝S且 $E\left(\hat{b}\right)=b$ 时， $E\left(\hat{b}\right)=S.$

当假设E(xn)＝s_n*S时，要解决的问题是在条件 $\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{s}_n{x}_n=1$ 下获得使α^TCα最小化的α。

这里，s_n表示S的比率，可通过实验近似地获得x_n的平均值E(x_n)。因而，也可通过实验获得s_n。可使用拉格朗日乘数和 ${\mathrm{\α}}_{\mathrm{opt}}=\frac{C^{-1}s}{s^T{C}^{-1}s}$ 获得这个问题的最优解α_opt。此时，b的估计是 $\hat{b}=\frac{s^T{C}^{-1}x}{s^T{C}^{-1}s},$ 其中s＝[s1，…，s6]^T。

可选择先前获得的α_opt。根据本发明的另一示例性实施例，当相同的权重值施加于所有边沿时，α＝[1，1，1，1，1，1]/6。当仅使用上升沿时，α＝[1，0，1，0，1，0]/3。当仅使用下降沿时，α＝[0，1，0，1，0，1]/3。

如图8A和图8B所示，包括在红外信号中的多个脉冲组可具有相同的宽度或者可不具有相同的宽度。在图8A中，为了区分脉冲组，脉冲组具有不同的宽度。在图8B中，脉冲组具有相同的宽度。

图9是示出在时间延迟计算模块440使用红外信号的终止时间获得超声信号的起始时间之后计算由第一超声信号接收模块410或第二超声信号接收模块420接收的超声信号的接收时间的方法的流程图。

换句话说，当在步骤S905中一接收到红外信号识别代码时，在步骤S910中接收器400就使用该红外信号计算并记录超声信号的起始时间。在步骤S915中，接收器400等待第一超声信号接收模块410或第二超声信号接收模块420接收超声信号。如果在步骤S920中在预定量时间内没有接收到超声信号，则在步骤S955中检查起始信号的接收是否终止。如果在步骤S920中在预定量时间内接收到超声信号并且在步骤S925中接收的超声信号是由第一超声波接收传感器模块412接收的，则在步骤S940中，接收器400等待第二超声波接收传感器模块422接收超声信号。此时，如果在步骤S945中在预定量时间内第二超声波接收传感器模块422没有接收到超声信号，则在步骤S955中检查起始信号的接收是否终止。当在步骤S945中在预定量时间内第二超声波接收传感器模块422接收到超声信号时，在步骤S950中记录由第一超声波接收传感器模块412接收的超声信号的接收时间和由第二超声波接收传感器模块422接收的超声信号的接收时间，并在步骤S955中，检查起始信号的接收是否终止。

如果在步骤S925中第一超声波接收传感器模块412没有接收到超声信号，则意味着第二超声波接收传感器模块422接收到超声信号。因而，在步骤S930中接收器400等待第一超声波接收传感器模块412接收超声信号。此时，如果在步骤S935中在预定量时间内第一超声波接收传感器模块412没有接收到超声信号，则在步骤S955中检查起始信号的接收是否终止。如果在步骤S935中在预定量时间内第一超声波接收传感器模块412接收到超声信号，则在步骤S950中记录由第一超声波接收传感器模块412接收的超声信号的接收时间和由第二超声波接收传感器模块422接收的超声信号的接收时间，并在步骤S955中检查起始信号的接收是否终止。

当从遥控器300发送N个起始信号时，对于单个起始信号，确定超声信号的起始时间和接收时间是否被检查N次。如果检查被执行N次，则终止图9所示的过程。

位置计算模块450包括距离信息计算模块452、位置估计模块454和最终位置确定模块456(图4)。距离信息计算模块452使用由时间延迟计算模块440计算的每个起始信号的第一时间延迟和第二时间延迟，来计算图1中所示的L1和L2。将参考图10描述位置计算模块450的详细操作。

在从遥控器300发送的第m起始信号的情况下，图10中显示了相对于超声信号的起始时间的第一超声信号接收模块410的时间延迟T(1，m)和第二超声信号接收模块420的时间延迟T(2，m)。假设使用前述方法获得T(1，m)和T(2，m)。

此时，在第m起始信号的情况下，可如下表示遥控器300和第一超声信号接收模块410之间的距离L(1，m)以及遥控器300和第二超声信号接收模块420之间的距离L(2，m)：

L(1，m)＝v(t)(m/s)*T(1，m)                               (2)

L(2，m)＝v(t)(m/s)*T(2，m)                               (3)

在方程(2)和(3)中，v(t)表示当空气温度是t℃时的声波速度，并可被表示为v(t)＝331+0.6t(m/s)。如图11所示，接收器400包括温度传感器模块460，其用于将测量的温度发送给位置计算模块450的距离信息计算模块452。距离信息计算模块452可使用接收的温度信息来获得v(t)。如果接收器400不包括温度传感器模块460，则可使用v(t)作为常数来获得L(1，m)和L(2，m)。

位置估计模块454使用通过使用方程(2)获得的L(1，m)、通过使用方程(3)获得的L(2，m)和预设的L来估计遥控器300的位置。为此，位置估计模块454可使用如下的余弦定理，在图12中示出了参数。

${\cos \mathrm{\θ}}_1=\frac{L^2+L_{1,m}^2-L_{2,m}^2}{2*L_{1,m}*L}$

$R_m=\sqrt{L_{1,m}^2+{(L/2)}^2-2*(L/2)*L_{1,m}*{\cos \mathrm{\θ}}_1}$

$=\sqrt{\frac{2(L_{1,m}^2+L_{2,m}^2)-L^2}{4}}$

${\cos \mathrm{\θ}}_2=\frac{{(L/2)}^2+R_m^2-L_{1,m}^2}{2*R_m*(l/2)}=\frac{L^2/4+R_m^2-L_{1,m}^2}{L{R}_m}$

${\mathrm{\θ}}_2={\cos }^{-1}\left(\frac{L^2/4+R_m^2-L_{1,m}^2}{{\mathrm{LR}}_m}\right)$

${\mathrm{\θ}}_m={\cos }^{-1}\left(\frac{L^2/4+R_m^2-L_{1,m}^2}{{\mathrm{LR}}_m}\right)-\frac{\mathrm{\π}}{2}$

当遥控器300发送N个起始信号时，接收器400接收与该N个起始信号对应的M个信号组。此时，所述信号组的每个包括一个红外信号和两个超声信号，M小于或者等于N。由于在从遥控器300发送的红外信号或超声信号被发送到接收器400时该红外信号或超声信号可能丢失，所以实际上由接收器400接收的信号组的数量可能小于N。

一旦接收器400接收到M个信号组，则位置估计模块454估计遥控器300的M个位置，最终位置确定模块456使用估计的遥控器300的M个位置来确定遥控器300的最终位置。

此时，为了确定遥控器300的最终位置，可使用图13或图14所示的方法。

在图13中，在从遥控器300发送N次的起始信号中异常接收的M个位置坐标被表示在二维坐标平面上，并且在R和θ值之中除异常值之外的其余坐标的平均值被获得，从而获得遥控器300的最终位置(R，θ)。使用图13的方法来确定遥控器300的最终位置的过程可由位置计算模块450的最终位置确定模块456来执行。

在图14中，可使用第一时间延迟和第二时间延迟来确定遥控器300的最终位置，这样的最终位置的确定可由时间延迟计算模块440来执行。

更具体地讲，X轴表示第一时间延迟和第二时间延迟之间的差，Y轴表示第一时间延迟和第二时间延迟之间的较大值。此时，时间延迟计算模块440计算与对应于X或Y的值中除异常值之外的其余坐标对应的第一时间延迟和第二时间延迟的平均值。位置计算模块450的距离信息计算模块452使用前述方法来计算图12中所示的L(1，m)和L(2，m)，位置估计模块454使用L(1，m)和L(2，m)来估计遥控器300的位置。因而，根据图14中所示的方法，最终位置确定模块456可不执行单独的操作。

在图15A和图15B中示出了用于确定异常值以如图13或图14确定遥控器300的最终位置的方法。在图15A中，在获得相应值的平均值和分散度之后，从平均值偏离预定分散度的值被确定为异常值。在图15B中，相应值被确定，并且两端处的预定值(比如，在从两端的范围内的20％的值)被排除。

一旦由包括在位置计算模块450的最终位置确定模块456确定了遥控器300的最终位置，声音产生模块460就调整扬声器的方向以在该最终位置产生最佳听音点，或者对能调节产生最佳听音点的位置的各种分量进行调谐。

根据本发明，可根据用户的位置精确地估计遥控器的位置，以用于更有效地再现环绕声。

除了上述示例性实施例之外，还可通过执行诸如计算机可读介质的介质中/上的计算机可读代码/指令来实现本发明的示例性实施例。所述介质可对应于允许计算机可读代码的存储和/或传输的任何介质。

所述计算机可读代码/指令可以以各种方式被记录在介质中/被传送到介质上，所述介质的示例包括磁存储介质(比如，ROM、软盘、硬盘等)、光学记录介质(比如，CD-ROM、或DVD)、随机存取存储介质和诸如载波的存储/传输介质。存储/传输介质的示例可包括有线或无线传输(诸如通过互联网的传输)。所述介质还可以是分布式网络，从而所述计算机可读代码/指令以分布式方式被存储/传输。所述计算机可读代码/指令可在一个或多个处理器上被执行。

虽然已显示并描述了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些示例性实施例进行改变，本发明的范围被限定在权利要求及其等同物中。

Claims (47)

1、一种使用超声波来估计最终位置的方法，该方法包括：

接收从遥控器发送的多个信号；

测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；

对于每个接收的信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置；和

基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

2、如权利要求1所述的方法，其中，在发送红外信号之后，从遥控器发送超声信号。

3、如权利要求1所述的方法，其中，所述红外信号包括多个脉冲组。

4、如权利要求1所述的方法，其中，所述测量时间延迟的步骤包括：

使用红外信号测量超声信号的起始时间；和

测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟。

5、如权利要求4所述的方法，其中，所述估计遥控器的位置的步骤包括：

使用第一时间延迟来计算遥控器和第一超声波接收传感器之间的第一距离信息，使用第二时间延迟来计算遥控器和第二超声波接收传感器之间的第二距离信息；和

对于每个接收的起始信号，使用第一距离信息、第二距离信息以及第一超声波接收传感器和第二超声波接收传感器之间的第三距离信息来估计遥控器的位置。

6、如权利要求5所述的方法，其中，在计算第一距离信息和第二距离信息的步骤中，使用根据温度变化而调整的空气速度来计算第一距离信息和第二距离信息。

7、如权利要求1所述的方法，其中，所述估计遥控器的最终位置的步骤包括：

在估计的遥控器的位置中，选择除具有异常坐标的位置之外的遥控器的其余位置；和

计算选择的位置的平均值，并将计算的平均值估计为遥控器的最终位置。

8、一种使用超声波来估计位置的方法，该方法包括：

接收从遥控器发送的多个信号；

测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；

计算对接收的信号测量的时间延迟的平均值；和

使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

9、如权利要求8所述的方法，其中，在发送红外信号之后从遥控器发送超声信号。

10、如权利要求8所述的方法，其中，所述红外信号包括多个脉冲组。

11、如权利要求8所述的方法，其中，所述测量时间延迟的步骤包括：

使用红外信号来测量超声信号的起始时间；和

测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟。

12、如权利要求11所述的方法，其中，所述计算对接收的信号测量的时间延迟的平均值的步骤包括：

(c-1)检查第一时间延迟或第二时间延迟是否具有异常值；和

(c-2)对于除具有异常值的起始信号之外的起始信号，计算第一时间延迟的第一平均时间延迟和第二时间延迟的第二平均时间延迟。

13、如权利要求12所述的方法，其中，所述估计所述位置的步骤包括：

使用第一平均时间延迟来计算遥控器和第一超声波接收传感器之间的第一距离信息，使用第二平均时间延迟来计算遥控器和第二超声波接收传感器之间的第二距离信息；和

对于每个接收的起始信号，使用第一距离信息、第二距离信息以及第一超声波接收传感器和第二超声波接收传感器之间的第三距离信息来估计遥控器的位置。

14、如权利要求13所述的方法，其中，在计算第一距离信息和第二距离信息的步骤中，使用根据温度变化而调整的空气速度来计算第一距离信息和第二距离信息。

15、一种遥控器，包括：

红外信号发送模块，发送红外信号；

超声信号发送模块，发送超声信号；和

起始信号控制模块，发送包括红外信号和超声信号的多个起始信号。

16、如权利要求15所述的方法，其中，所述红外信号包括多个脉冲组。

17、如权利要求15所述的方法，其中，在发送红外信号之后，从遥控器发送超声信号。

18、一种接收器，包括：

红外信号接收模块，从发送包括红外信号和超声信号的多个信号的遥控器接收红外信号；

第一超声信号接收模块，接收超声信号；

第二超声信号接收模块，与第一超声信号接收模块隔开预定距离，接收超声信号；

时间延迟计算模块，使用红外信号测量超声信号的起始时间，测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟；和

位置计算模块，对于由遥控器发送的每个接收信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置，并基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

19、如权利要求18所述的接收器，其中，在发送红外信号之后，从遥控器发送超声信号。

20、如权利要求18所述的接收器，其中，所述红外信号包括多个脉冲组。

21、如权利要求18所述的接收器，其中，所述位置计算模块包括：

位置信息计算模块，使用第一时间延迟来计算遥控器和第一超声波接收传感器之间的第一距离信息，使用第二时间延迟来计算遥控器和第二超声波接收传感器之间的第二距离信息；

位置估计模块，对于每个接收的信号，使用第一距离信息、第二距离信息以及第一超声波接收传感器和第二超声波接收传感器之间的第三距离信息来估计遥控器的位置；和

最终位置确定模块，使用估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

22、如权利要求21所述的接收器，其中，所述位置计算模块还包括：温度传感器模块，测量空气温度；和距离信息计算模块，使用根据由温度传感器模块测量的空气温度的变化而调整的空气速度来计算距离信息。

23、如权利要求18所述的接收器，其中，所述位置计算模块在估计的遥控器的位置中选择除具有异常坐标的位置之外的遥控器的其余位置，计算所选择的位置的平均值，并将计算的平均值估计为遥控器的最终位置。

24、一种接收器，包括：

红外信号接收模块，从发送包括红外信号和超声信号的多个信号的遥控器接收红外信号；

第一超声信号接收模块，接收超声信号；

第二超声信号接收模块，与第一超声信号接收模块隔开预定距离，接收超声信号；

时间延迟计算模块，使用红外信号测量超声信号的起始时间，测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟，并计算对接收的信号测量的第一时间延迟的平均值和对接收的信号测量的第二时间延迟的平均值；和

位置计算模块，使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

25、如权利要求24所述的接收器，其中，在发送红外信号之后，从遥控器发送超声信号。

26、如权利要求24所述的接收器，其中，所述红外信号包括多个脉冲组。

27、如权利要求24所述的接收器，其中，所述时间延迟计算模块检查第一时间延迟或第二时间延迟是否具有异常值，并对于除具有异常值的信号之外的其余信号，计算第一时间延迟的第一平均时间延迟和第二时间延迟的第二平均时间延迟。

28、如权利要求27所述的接收器，其中，所述位置计算模块包括：

距离信息计算模块，使用第一平均时间延迟来计算遥控器和第一超声波接收传感器之间的第一距离信息，使用第二平均时间延迟来计算遥控器和第二超声波接收传感器之间的第二距离信息；和

位置估计模块，对每个接收的信号，使用第一距离信息、第二距离信息以及第一超声波接收传感器和第二超声波接收传感器之间的第三距离信息来估计遥控器的位置。

29、如权利要求28所述的接收器，其中，所述位置计算模块还包括：温度传感器模块，测量空气温度；和距离信息计算模块，使用根据由温度传感器模块测量的空气温度的变化而调整的空气速度来计算距离信息。

30、一种使用超声波来估计位置的系统，该系统包括：

遥控器，发送包括红外信号和超声信号的多个信号；和

接收器，接收所述多个信号，测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟，对于每个接收的信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置，并基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

31、如权利要求30所述的系统，其中，所述接收器包括：

红外信号接收模块，接收红外信号；

第一超声信号接收模块，接收超声信号；

第二超声信号接收模块，与第一超声信号接收模块隔开预定距离，接收超声信号；

时间延迟计算模块，使用红外信号测量超声信号的起始时间，测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟；和

位置计算模块，对于每个接收的信号，使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置，并基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

32、如权利要求31所述的系统，其中，在发送红外信号之后，从遥控器发送超声信号。

33、如权利要求31所述的系统，其中，所述红外信号包括多个脉冲组。

34、如权利要求31所述的系统，其中，所述位置计算模块包括：

位置信息计算模块，使用第一时间延迟来计算遥控器和第一超声波接收传感器之间的第一距离信息，使用第二时间延迟来计算遥控器和第二超声波接收传感器之间的第二距离信息；

位置估计模块，对于每个接收的信号，使用第一距离信息、第二距离信息以及第一超声波接收传感器和第二超声波接收传感器之间的第三距离信息来估计遥控器的位置；和

最终位置确定模块，使用估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

35、如权利要求31所述的系统，其中，所述位置计算模块还包括：温度传感器，测量空气温度；和距离信息计算模块，使用根据由温度传感器模块测量的空气温度的变化而调整的空气速度来计算距离信息。

36、如权利要求31所述的系统，其中，所述位置计算模块在估计的遥控器的位置之中选择除具有异常坐标的位置之外的遥控器的其余位置，计算选择的位置的平均值，并将计算的平均值估计为遥控器的最终位置。

37、一种使用超声波来估计位置的系统，该系统包括：

遥控器，发送包括红外信号和超声信号的多个信号；和

接收器，接收所述多个信号，测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟，计算对接收的信号测量的时间延迟的平均值，并使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

38、如权利要求37所述的系统，其中，所述接收器包括：

红外信号接收模块，接收红外信号；

第一超声信号接收模块，接收超声信号；

第二超声信号接收模块，与第一超声信号接收模块隔开预定距离，接收超声信号；

时间延迟计算模块，使用红外信号测量超声信号的起始时间，测量所述测量的超声信号的起始时间和由第一超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第一时间延迟、以及所述测量的超声信号的起始时间和由第二超声波接收传感器接收的该超声信号的接收时间之间的第二时间延迟，并计算对接收的信号测量的第一时间延迟的平均值和对接收的信号测量的第二时间延迟的平均值；和

位置计算模块，使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

39、如权利要求38所述的系统，其中，在发送红外信号之后，从遥控器发送超声信号。

40、如权利要求38所述的系统，其中，所述红外信号包括多个脉冲组。

41、如权利要求38所述的系统，其中，所述时间延迟计算模块检查第一时间延迟或第二时间延迟是否具有异常值，并对于除具有异常值之外的信号的其余信号计算第一时间延迟的第一平均时间延迟和第二时间延迟的第二平均时间延迟。

42、如权利要求41所述的系统，其中，所述位置计算模块包括：

距离信息计算模块，使用第一平均时间延迟计算遥控器和第一超声波接收传感器之间的第一距离信息，使用第二平均时间延迟计算遥控器和第二超声波接收传感器之间的第二距离信息；和

位置估计模块，对每个接收的信号，使用第一距离信息、第二距离信息以及第一超声波接收传感器和第二超声波接收传感器之间的第三距离信息来估计遥控器的位置。

43、如权利要求42所述的系统，其中，所述位置计算模块还包括：温度传感器模块，测量空气温度；和距离信息计算模块，使用根据由温度传感器模块测量的空气温度的变化而调整的空气速度来计算距离信息。

44、至少一种存储指令的计算机可读介质，所述指令用于控制至少一个处理器执行使用超声波估计位置的方法，所述方法包括：

接收从遥控器发送的多个信号；

测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；

对于每个接收的信号。使用测量的时间延迟来估计遥控器的位置；和

基于估计的遥控器的位置来估计遥控器的最终位置。

45、至少一种存储指令的计算机可读介质，所述指令用于控制至少一个处理器执行使用超声波估计位置的方法，所述方法包括：

接收从遥控器发送的多个信号；

测量包括在每个接收的信号中的红外信号和超声信号之间的时间延迟；

计算对接收的信号测量的时间延迟的平均值；和

使用计算的平均值来估计遥控器的位置。

46、一种用于估计遥控器的位置的方法，该方法包括：

接收红外信号和超声信号；

测量所接收的红外信号和由第一传感器接收的超声信号之间的第一时间延迟；

测量所接收的红外信号和由第二传感器接收的超声信号之间的第二时间延迟；和

基于第一时间延迟、第二时间延迟以及第一和第二传感器的预定位置来估计遥控器的位置。

47、至少一种存储指令的计算机可读介质，所述指令用于控制至少一个处理器执行估计遥控器的位置的方法，所述方法包括：

接收红外信号和超声信号；

测量所接收的红外信号和由第一传感器接收的超声信号之间的第一时间延迟；

测量所接收的红外信号和由第二传感器接收的超声信号之间的第二时间延迟；和

基于第一时间延迟、第二时间延迟以及第一和第二传感器的预定位置来估计遥控器的位置。

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