一種超聲波定位方法及超聲波定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波定位方法，包括：超聲波發(fā)射裝置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號，并發(fā)送所述超聲波信號；客戶端采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號；客戶端對采集的所述超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼，并發(fā)送至服務(wù)器；服務(wù)器根據(jù)所述設(shè)備編碼定位出客戶端的實時位置；根據(jù)所述時間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。本發(fā)明還公開了一種超聲波定位系統(tǒng)。采用本發(fā)明，可利用瞬時測頻算法準確地采集超聲波信號，并采用快速傅里葉變換將超聲波信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，高效地還原超聲波信號，提取設(shè)備編碼，實現(xiàn)客戶端位置的準確定位。
【專利說明】一種超聲波定位方法及超聲波定位系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動設(shè)備定位技術(shù)，尤其涉及一種超聲波定位方法及超聲波定位系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波具有定向性好、能量消耗小、在傳輸過程中衰減較小、反射能量較強等優(yōu) 點，它不受光線、被測物顏色等影響，在惡劣工作環(huán)境下具有一定的適應(yīng)能力，可以利用超 聲波進行定位、測量、探傷和加工處理等。因此，很多領(lǐng)域都通過與超聲波定位技術(shù)的結(jié)合， 獲得了更好的領(lǐng)域拓展和新產(chǎn)品開發(fā)。
[0003]但是，在移動設(shè)備的定位方面，目前的移動設(shè)備定位系統(tǒng)都是利用GPS衛(wèi)星實現(xiàn) 定位的，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)雖然可以用來測定移動設(shè)備是否在地面上某一區(qū)域，但其精確度 較低，一般只能測定移動設(shè)備進入一個較大的區(qū)域，無法判斷移動設(shè)備是否已經(jīng)進入商店、 學(xué)校等較小的區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種超聲波定位方法及超聲波定位系統(tǒng)， 可利用瞬時測頻算法準確地定位出超聲波信號的起始位置，及時采集超聲波信號，采用快 速傅里葉變換將超聲波信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，高效地還原超聲波信號，提取設(shè)備編碼，實現(xiàn) 客戶端位置的準確定位。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超聲波定位方法，包括:超聲波發(fā)射裝 置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號，并發(fā)送所述超聲波信號；客戶端采集 超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號；客戶端對采集的所述超聲波信號進行解碼以生成設(shè) 備編碼及時間編碼，并發(fā)送至服務(wù)器；服務(wù)器根據(jù)所述設(shè)備編碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng) 的超聲波發(fā)射裝置的位置信息以定位出客戶端的實時位置；服務(wù)器根據(jù)所述時間編碼，判 斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0006]作為上述方案的改進，所述超聲波發(fā)射裝置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成 超聲波信號的步驟包括:根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼，通過CRC算法，計算CRC碼；將 所述CRC碼轉(zhuǎn)換為超聲波信號，其中20kHZ表示0，21kHZ表示I。
[0007]作為上述方案的改進，所述服務(wù)器獲取歷史編碼，并計算所述客戶端實時發(fā)送的 時間編碼與歷史編碼的差值，所述歷史編碼為所述客戶端上一次發(fā)送的時間編碼；判斷所 述差值是否處于校驗范圍內(nèi)，判斷為是時，超聲波信號正常，判斷為否時，超聲波信號異常。
[0008]作為上述方案的改進，所述客戶端采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號的步 驟包括:客戶端利用瞬時測頻算法實時測量所述超聲波信號的頻率值；判斷所述頻率值所 對應(yīng)的采樣點是否為超聲波信號的起始點，判斷為是時，客戶端采集所述超聲波信號。
[0009]作為上述方案的改進，所述客戶端對采集的超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼 及時間編碼的步驟包括:將所述采集的超聲波信號劃分為獨立的段，每段為32ms ;通過快速傅里葉變換將每段超聲波信號由時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，并濾除頻率為20kHZ以下的 頻域信號；將所述頻域信號劃分為獨立的幀，每幀包含5個子幀；利用瞬時測頻算法實時測 量所述子幀內(nèi)的頻域信號的頻率值；將所述子幀的頻率值依次組合為頻率值串，并對所述 頻率值串進行濾波處理；將所述經(jīng)濾波處理后的頻率值串轉(zhuǎn)換為二進制字符串，其中O表 示20kHZ，I表示21kHZ ；提取所述二進制字符串中的設(shè)備編碼及時間編碼。
[0010]作為上述方案的改進，所述超聲波發(fā)射裝置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成 超聲波信號的步驟之前還包括:所述超聲波發(fā)射裝置通過計算機預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時間編 碼。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種超聲波定位系統(tǒng)，包括:超聲波發(fā)射裝置，用于根據(jù) 預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成并向外發(fā)送超聲波信號；客戶端，用于采集所述超聲波發(fā) 射裝置所發(fā)射的超聲波信號，并對采集的所述超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間 編碼，并發(fā)送至服務(wù)器；服務(wù)器，用于根據(jù)客戶端發(fā)送的設(shè)備編碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng) 的超聲波發(fā)射裝置的位置信息以定位出客戶端的實時位置，并根據(jù)時間編碼，判斷所述客 戶端采集的超聲波信號是否正常，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0012]作為上述方案的改進，所述超聲波發(fā)射裝置包括:編碼單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備 編碼及時間編碼生成超聲波信號；與所述編碼單元相連的處理單元，用于對所述超聲波信 號進行濾波、放大處理；與所述處理單元相連的發(fā)射單元，用于向外發(fā)射經(jīng)所述處理單元處 理后的超聲波信號。
[0013]作為上述方案的改進，所述客戶端包括:采集單元，用于采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā) 射的超聲波信號；與所述采集單元相連的解碼單元，用于對采集的所述超聲波信號進行解 碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼；與所述解碼單元相連的發(fā)送單元，用于將所述解碼單元生 成的設(shè)備編碼及時間編碼發(fā)送至服務(wù)器。
[0014]作為上述方案的改進，所述服務(wù)器包括:定位單元，用于根據(jù)所述設(shè)備編碼查找與 所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位置信息以定位出客戶端的實時位置；檢測單元， 用于根據(jù)所述時間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常；與所述定位單元及檢測單元相連 的轉(zhuǎn)發(fā)單元，用于當(dāng)檢測單元檢測出所述超聲波信號正常時，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0015]實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果:
客戶端利用瞬時測頻算法準確地定位出超聲波信號的起始位置，及時采集超聲波信 號。采用快速傅里葉變換，將超聲波信號由時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，并有效地濾除多余的 頻域信號，高效、快速、準確地還原出超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號。同時，將還原后 的超聲波信號轉(zhuǎn)換為二進制字符串，提取其中的設(shè)備編碼及時間編碼，并通過服務(wù)器查找 所述設(shè)備編碼所對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位置信息，實現(xiàn)了客戶端實時位置的準確定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種超聲波定位方法的第一實施例流程圖；
圖2是本發(fā)明一種超聲波定位方法的第二實施例流程圖；
圖3是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)中超聲波發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)中客戶端的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)中服務(wù)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一 步地詳細描述。
[0018]圖1是本發(fā)明一種超聲波定位方法的第一實施例流程圖，包括:
S100，超聲波發(fā)射裝置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號，并發(fā)送所述 超聲波信號。
[0019]需要說明的是，超聲波發(fā)射裝置內(nèi)預(yù)設(shè)有唯一的二進制設(shè)備編碼，同時，超聲波發(fā) 射裝置可實時采集當(dāng)前時間，并轉(zhuǎn)換為時間編碼，同時，將所述設(shè)備編碼及時間編碼作為源 信息，并對所述源信息進行編碼處理，可生成相應(yīng)的超聲波信號。
[0020]更佳地，所述超聲波發(fā)射裝置通過計算機預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時間編碼。
[0021]需要說明的是，超聲波發(fā)射裝置內(nèi)的設(shè)備編碼是唯一的，而時間編碼是實時變化 的。時間編碼采用以I為步長的自增序列，每一分鐘自增1，到1000萬時，則時間編碼重置 為I，并重新循環(huán)。
[0022]優(yōu)選地，源信息編碼后可表示為二進制字符串，此時，當(dāng)數(shù)碼為0，則發(fā)送頻率為20 kHZ的超聲波信號；當(dāng)數(shù)碼為1，則發(fā)送頻率為21 kHZ的超聲波信號。
[0023]S101，客戶端采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號。
[0024]需要說明的是，超聲波發(fā)射裝置所發(fā)送的超聲波信號由預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編 碼生成。超聲波發(fā)射裝置發(fā)射完一段有效超聲波信號后，停止發(fā)射任何超聲波信號，一段固 定時間后，又重新發(fā)射一段有效超聲波信號，并重復(fù)以上步驟。因此，客戶端采集超聲波發(fā) 射裝置所發(fā)射的超聲波信號時，需要求一次采集可以涵蓋至少一段有效的超聲波信號。
[0025]S102，客戶端對采集的所述超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼，并 發(fā)送至服務(wù)器。
[0026]客戶端采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號后,對有效的超聲波信號解碼。 解碼時，需對有效的超聲波信號進行濾波處理，將不屬于超聲波范圍的信號濾除，以減少周 圍環(huán)境的干擾，還原出頻率為20 kHZ或21 kHZ的超聲波信號。同時，將所述超聲波信號轉(zhuǎn) 換為二進制字符串，其中0表示20kHZ，I表示21kHZ。相應(yīng)地，可從所述二進制字符串中還 原出設(shè)備編碼及時間編碼。
[0027]S103，服務(wù)器根據(jù)所述設(shè)備編碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位 置信息以定位出客戶端的實時位置。
[0028]需要說明的是，服務(wù)器內(nèi)預(yù)存儲有設(shè)備編碼信息表，所述設(shè)備編碼信息表包括預(yù) 設(shè)設(shè)備編碼及位置信息。當(dāng)服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的設(shè)備編碼時，服務(wù)器根據(jù)解碼而成的 設(shè)備編碼，查找設(shè)備編碼信息表，查找出與解碼而成的設(shè)備編碼相匹配的預(yù)設(shè)設(shè)備編碼，同 時查找出位置信息以定位出客戶端的實時位置。
[0029]S104，服務(wù)器根據(jù)所述時間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時，將 所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0030]當(dāng)服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的時間編碼時，服務(wù)器根據(jù)時間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常，當(dāng)判斷出超聲波信號異常時，則所述超聲波信號無效；當(dāng)判斷出超聲波信號 正常時，則將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0031]圖2是本發(fā)明一種超聲波定位方法的第二實施例流程圖，包括:
S200，根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼，通過CRC算法，計算CRC碼。
[0032]需要說明的是，超聲波發(fā)射裝置內(nèi)預(yù)設(shè)有唯一的二進制設(shè)備編碼，同時，超聲波發(fā) 射裝置可實時采集當(dāng)前時間，并轉(zhuǎn)換為二進制的時間編碼。并將所述設(shè)備編碼及時間編碼 作為源信息。利用CRC算法，計算出CRC校驗值，然后將設(shè)備編碼、時間編碼、CRC校驗值拼 合為二進制CRC碼。
[0033]更佳地，所述超聲波發(fā)射裝置通過計算機預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時間編碼，用戶可以根 據(jù)實際情況，通過計算機設(shè)置超聲波發(fā)射裝置的設(shè)備編碼及時間編碼。
[0034]S201，將所述CRC碼轉(zhuǎn)換為超聲波信號。其中20kHZ表示0，21kHZ表示I。
[0035]二進制CRC碼由O、I兩個數(shù)碼表示，此時，對所述二進制CRC碼進行編碼處理，當(dāng) 數(shù)碼為0，則轉(zhuǎn)換為20 kHZ的超聲波信號；當(dāng)數(shù)碼為1，則轉(zhuǎn)換為21 kHZ的超聲波信號。
[0036]S202,發(fā)送所述超聲波信號。
[0037]S203，客戶端利用瞬時測頻算法實時測量所述超聲波信號的頻率值。
[0038]利用瞬時測頻算法可在短時間內(nèi)獲得超聲波"[目號的頻率值，瞬時測頻算法可包 括:三角變換法、時頻分析法和功率譜估計法。其中，三角變換法是將所述超聲波信號進行 三角變換，然后使用最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法直接得到所述超聲波信號的瞬時頻率和相 位。時頻分析法的基本思想是通過構(gòu)建一個函數(shù)，使其能夠同時使用時間和頻率的信息描 述所述超聲波信號的能量密度，通過這個函數(shù)可以計算某一確定的頻率和時間范圍內(nèi)能量 的分布情況。功率譜估計法測頻是通過求解所述超聲波信號的功率譜來確定信號的頻率。 相應(yīng)地，客戶端可采用以上的任意一種方法實時測量所述超聲波信號的頻率值。
[0039]S204，判斷所述頻率值所對應(yīng)的采樣點是否為超聲波信號的起始點。判斷為是時， 客戶端采集所述超聲波信號。
[0040]需要說明的是，由于超聲波信號由CRC碼轉(zhuǎn)換而來，當(dāng)數(shù)碼為0，則發(fā)射頻率為20 kHZ的超聲波信號；當(dāng)數(shù)碼為1，則發(fā)射頻率為21 kHZ的超聲波信號，每一超聲波信號的發(fā) 射持續(xù)時間為8ms。
[0041]一段CRC碼可轉(zhuǎn)換為一段頻率變化的有效超聲波信號,超聲波發(fā)射裝置發(fā)射完一 段有效超聲波信號后，停止發(fā)射任何超聲波信號，一段固定時間后，又重新發(fā)射一段有效超 聲波信號，并重復(fù)以上步驟。因此，客戶端采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號時，需 要求一次采集可以涵蓋至少一段有效的超聲波信號。
[0042]客戶端利用瞬時測頻算法實時測量所述超聲波信號的頻率值，當(dāng)測量出當(dāng)前采樣 點的頻率值為20 kHZ或21 kHZ，而前一采樣點的頻率值小于20 kHZ時，即表示當(dāng)前采樣點 為超聲波信息的起始點。此時，客戶端由當(dāng)前采樣點開始采集超聲波信號，采集時長為一段 有效的超聲波信號的時長。
[0043]例如，某有效的超聲波信號的時長為768ms，相應(yīng)地，利用瞬時測頻算法，當(dāng)客戶端 判斷出超聲波信號的起始點時，由起始點開始采集超聲波信號，采集時長為768ms。
[0044]S205，將所述采集的超聲波信號劃分獨立的段，每段為32ms。
[0045]S206，通過快速傅里葉變換將每段超聲波信號由時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，并濾除頻率為20kHZ以下的頻域信號。
[0046]通過快速傅里葉變換可將采集到的超聲波信號時域信號，以累加的方式計算出所 述超聲波信號的中不同正弦波信號的頻率、振幅和相位，即頻域信號。
[0047]超聲波發(fā)射裝置發(fā)射頻率為20 kHZ或21 kHZ的超聲波信號，因此，通過快速傅里 葉變換后，可利用高通濾波器濾除頻率為20kHZ以下的頻域信號，將不屬于超聲波范圍的 信號濾除，以減少周圍環(huán)境的干擾。
[0048]S207，將所述頻域信號劃分為獨立的幀，每幀包含5個子幀。
[0049]優(yōu)選地，客戶端的采樣率為44.1kHz，每幀的幀長為4ms，此時，可計算出每幀約含 176 (采樣率X幀長)個采樣點。
[0050]相應(yīng)地，每幀包含5個子幀，子幀的幀長為60個采樣點，子幀的幀移為30個采樣 點，此時，子幀的下標范圍為1?60、31?90、61?120、91?150、121?176。
[0051]S208，利用瞬時測頻算法實時測量所述子幀內(nèi)的頻域信號的頻率值。
[0052]S209，將所述子幀的頻率值依次組合為頻率值串，并對所述頻率值串進行濾波處理。
[0053]由于每幀的幀長為4ms，而每一超聲波信號的發(fā)射持續(xù)時間為8ms，因此每兩幀所 組合成的連續(xù)的10個子幀的頻率值應(yīng)該一致。測量出各子幀的頻率值后，可對所述頻率值 串進行濾波處理，排除異常值。
[0054]S210，將所述經(jīng)濾波處理后的頻率值串轉(zhuǎn)換為二進制字符串。其中0表示20kHZ， I 表示 2IkHZ。
[0055]由于每兩幀所組合成的連續(xù)的10個子幀的頻率值一致，即每兩幀所組合成的連 續(xù)的10個子幀共享一個頻率值，提取所述頻率值，將所述頻率值轉(zhuǎn)換為0或1，其中0表示 20kHZ, I 表示 2IkHZo
[0056]S211，提取所述二進制字符串中的設(shè)備編碼及時間編碼。
[0057]需要說明的是，每10個子幀可轉(zhuǎn)換為一個0或I的數(shù)碼，解碼而成的二進制字符 串應(yīng)與CRC碼一致，由于CRC碼由設(shè)備編碼、時間編碼、CRC校驗值拼合而成。因此，可從所 述二進制字符串中提取出設(shè)備編碼及時間編碼。
[0058]S212，客戶端將所述設(shè)備編碼及時間編碼發(fā)送至服務(wù)器。
[0059]S213，服務(wù)器根據(jù)所述設(shè)備編碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位 置信息以定位出客戶端的實時位置。
[0060]需要說明的是，服務(wù)器內(nèi)預(yù)存儲有設(shè)備編碼信息表，所述設(shè)備編碼信息表包括預(yù) 設(shè)設(shè)備編碼及位置信息。服務(wù)器根據(jù)客戶端發(fā)送的設(shè)備編碼，查找設(shè)備編碼信息表，查找出 與客戶端發(fā)送的設(shè)備編碼相匹配的預(yù)設(shè)設(shè)備編碼，同時查找出位置信息以定位出客戶端的 實時位置。
[0061]S214，所述服務(wù)器獲取歷史編碼，并計算所述客戶端實時發(fā)送的時間編碼與歷史 編碼的差值。
[0062]所述歷史編碼為所述客戶端上一次發(fā)送的時間編碼。
[0063]S215，判斷所述差值是否處于校驗范圍內(nèi)。判斷為是時，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0064]服務(wù)器獲取客戶端發(fā)送的時間編碼后，實時判斷所述差值是否處于校驗范圍內(nèi)。當(dāng)判斷出所述時間編碼不處于校驗范圍內(nèi)時，超聲波信號異常，服務(wù)器判斷超聲波信號無 效。當(dāng)判斷出所述時間編碼處于校驗范圍內(nèi)時，超聲波信號正常，服務(wù)器將所述位置信息轉(zhuǎn) 發(fā)至客戶端。
[0065]需要說明的是，時間編碼采用以I為步長的自增序列，每一分鐘自增1，到1000萬 時，則時間編碼重置為1，并重新循環(huán)。優(yōu)選地，所述校驗范圍為[0，I]，即所述客戶端實時 發(fā)送的時間編碼與歷史編碼的差值大于等于0，且小于等于I。
[0066]由于時間編碼采用二進制數(shù)表示，若服務(wù)器上一次收到客戶端發(fā)送的時間編碼 (即歷史編碼)為1，當(dāng)前客戶端發(fā)送的時間編碼為10 (即十進制2)時，客戶端實時發(fā)送的 時間編碼與歷史編碼的差值為1，差值處于校驗范圍內(nèi)，超聲波信號正常，服務(wù)器將所述位 置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0067]圖3是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:
超聲波發(fā)射裝置2，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成并向外發(fā)送超聲波信號。
[0068]需要說明的是，超聲波發(fā)射裝置2內(nèi)預(yù)設(shè)有唯一的二進制設(shè)備編碼，超聲波發(fā)射 裝置2可實時采集當(dāng)前時間，并轉(zhuǎn)換為二進制的時間編碼，將所述設(shè)備編碼及時間編碼作 為源信息，并對所述源信息進行編碼處理，生成相應(yīng)的超聲波信號。優(yōu)選地，源信息編碼后 可表示為二進制字符串，此時，當(dāng)數(shù)碼為0，則發(fā)送頻率為20 kHZ的超聲波信號；當(dāng)數(shù)碼為 1，則發(fā)送頻率為21 kHZ的超聲波信號。
[0069]客戶端3，用于采集所述超聲波發(fā)射裝置2所發(fā)射的超聲波信號，并對采集的所述 超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼，并發(fā)送至服務(wù)器。
[0070]優(yōu)選地，客戶端3可以為手機、平板電腦或筆記本電腦等移動設(shè)備。
[0071]服務(wù)器4，用于根據(jù)客戶端3發(fā)送的設(shè)備編碼，查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波 發(fā)射裝置2的位置信息以定位出客戶端3的實時位置，并根據(jù)時間編碼，判斷所述客戶端3 采集的超聲波信號是否正常，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端3。
[0072]客戶端3采集超聲波發(fā)射裝置2所發(fā)射的超聲波信號后,對有效的超聲波信號解 碼，將不屬于超聲波范圍的信號濾除，以減少周圍環(huán)境的干擾，還原出頻率為20 kHZ或21 kHZ的超聲波信號。同時，將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換為二進制字符串，其中0表示20kHZ，I表 示21kHZ。相應(yīng)地，可從所述二進制字符串中還原出設(shè)備編碼及時間編碼，并發(fā)送至服務(wù)器
4。另外，服務(wù)器4內(nèi)預(yù)存儲有設(shè)備編碼信息表，所述設(shè)備編碼信息表包括預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及 位置信息。服務(wù)器4根據(jù)解碼而成的設(shè)備編碼，查找設(shè)備編碼信息表，查找出與解碼而成的 設(shè)備編碼相匹配的預(yù)設(shè)設(shè)備編碼，同時查找出位置信息以定位出客戶端3的實時位置。同 時，服務(wù)器4根據(jù)時間編碼判斷超聲波信號是否異常，出現(xiàn)異常則表示超聲波可能被復(fù)制， 存在假簽到的可能，若超聲波信號正常，則將位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端3實新客戶端3的定 位。
[0073]需要說明的是，所述超聲波發(fā)射裝置2的數(shù)量可以為一個或多個。各超聲波發(fā)射 裝置2相互獨立，互不影響。其中，超聲波發(fā)射裝置2的服務(wù)范圍約為10米，當(dāng)用戶攜帶客 戶端3進入超聲波發(fā)射裝置2的服務(wù)范圍時，即可清晰地接收到超聲波發(fā)射裝置2所發(fā)射 的超聲波信號。
[0074]優(yōu)選地，超聲波定位系統(tǒng)I還包括，用于設(shè)置所述超聲波發(fā)射裝2的設(shè)備編碼及時 間編碼的計算機。[0075]計算機通過USB接口或RS232接口與超聲波發(fā)射裝置2相連。用戶可以根據(jù)實際 情況，利用USB接口或RS232接口建立計算機與超聲波發(fā)射裝置2間的連接，并通過計算機 設(shè)置超聲波發(fā)射裝置2的設(shè)備編碼及時間編碼。
[0076]圖4是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)I中超聲波發(fā)射裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖，包括: 編碼單元21，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號。
[0077]需要說明的是，編碼單元21內(nèi)預(yù)設(shè)有唯一的二進制設(shè)備編碼，同時，編碼單元21 可實時采集當(dāng)前時間，并轉(zhuǎn)換為二進制的時間編碼，并將所述設(shè)備編碼及時間編碼作為源信息。
[0078]優(yōu)選地，編碼單元21利用CRC算法，根據(jù)設(shè)備編碼及時間編碼作計算出CRC校驗 值，然后將設(shè)備編碼、時間編碼、CRC校驗值拼合為二進制CRC碼。二進制CRC碼由O、I兩 個數(shù)碼表示，此時，編碼單元21將所述二進制CRC碼轉(zhuǎn)換為超聲波信號，當(dāng)數(shù)碼為0，則轉(zhuǎn)換 為20 kHZ的超聲波信號；當(dāng)數(shù)碼為1，則轉(zhuǎn)換為21 kHZ的超聲波信號。
[0079]優(yōu)選地，編碼單元21內(nèi)設(shè)有單片機。
[0080]與所述編碼單元21相連的處理單元22，用于對所述超聲波信號進行濾波、放大處理。
[0081]優(yōu)選地，所述處理單元22內(nèi)設(shè)有帶通濾波器、功率放大器。經(jīng)編碼單元21編碼后 的超聲波信號依次經(jīng)過帶通濾波器、功率放大器，其中，帶通濾波器使用RC電路做一個高 通，再用運算放大器電路做四個二階低通濾波器級聯(lián)，以去除超聲波信號的多次諧波，減少 其對脈沖信號的干擾。
[0082]與所述處理單元22相連的發(fā)射單元23，用于向外發(fā)射經(jīng)所述處理單元22處理后 的超聲波信號。
[0083]優(yōu)選地,發(fā)射單元23內(nèi)設(shè)有超聲波發(fā)射頭,所述處理單元22處理后的超聲波信號 經(jīng)超聲波發(fā)射頭向外發(fā)射。
[0084]圖5是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)I中客戶端3的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:
采集單元31，用于采集超聲波發(fā)射裝置2所發(fā)射的超聲波信號。
[0085]超聲波發(fā)射裝置2所發(fā)送的超聲波信號由預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成。超聲 波發(fā)射裝置2發(fā)射完一段有效超聲波信號后，停止發(fā)射任何超聲波信號，一段固定時間后， 又重新發(fā)射一段有效超聲波信號，并重復(fù)以上步驟。因此，采集單元31采集超聲波發(fā)射裝 置2所發(fā)射的超聲波信號時，需要求一次采集可以涵蓋至少一段有效的超聲波信號。
[0086]優(yōu)選地，采集單元31利用瞬時測頻算法可在短時間內(nèi)獲得超聲波信號的頻率值， 瞬時測頻算法可包括:三角變換法、時頻分析法和功率譜估計法。其中，三角變換法是將所 述超聲波信號進行三角變換，然后使用最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法直接得到所述超聲波信 號的瞬時頻率和相位。時頻分析法的基本思想是通過構(gòu)建一個函數(shù)，使其能夠同時使用時 間和頻率的信息描述所述超聲波信號的能量密度，通過這個函數(shù)可以計算某一確定的頻率 和時間范圍內(nèi)能量的分布情況。功率譜估計法測頻是通過求解所述超聲波信號的功率譜來 確定信號的頻率。相應(yīng)地，客戶端可采用以上的任意一種方法實時測量所述超聲波信號的 頻率值。
[0087]采集單元31利用瞬時測頻算法實時測量所述超聲波信號的頻率值，當(dāng)測量出當(dāng) 前采樣點的頻率值為20 kHZ或21 kHZ，而前一采樣點的頻率值小于20 kHZ時，即表示當(dāng)前采樣點為超聲波信息的起始點。此時，采集單元31由當(dāng)前采樣點開始采集超聲波信號，采 集時長為一段有效的超聲波信號的時長。
[0088]與所述采集單元31相連的解碼單元32，用于對采集的所述超聲波信號進行解碼 以生成設(shè)備編碼及時間編碼。
[0089]解碼單元32將所述采集的超聲波信號劃分獨立的段，以段為單位，通過快速傅里 葉變換將采集單元31采集到的超聲波信號時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號。利用高通濾波器濾 除頻率為20kHZ以下的頻域信號，將不屬于超聲波范圍的信號濾除，以減少周圍環(huán)境的干 擾。同時，將所述頻域信號劃分為獨立的幀，每幀包含5個子幀，并利用瞬時測頻算法實時 測量所述子幀內(nèi)的頻域信號的頻率值，將所述子幀的頻率值依次組合為頻率值串，并對所 述頻率值串進行濾波處理。將所述經(jīng)濾波處理后的頻率值串轉(zhuǎn)換為二進制字符串，其中0 表示20kHZ，I表示21kHZ，并提取所述二進制字符串中的設(shè)備編碼及時間編碼。
[0090]與所述解碼單元32相連的發(fā)送單元34，用于將所述解碼單元32生成的設(shè)備編碼 及時間編碼發(fā)送至服務(wù)器4。
[0091]圖6是本發(fā)明一種超聲波定位系統(tǒng)I中服務(wù)器4的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:
定位單元41，用于根據(jù)所述設(shè)備編碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置2的 位置信息以定位出客戶端3的實時位置。
[0092]定位單元41內(nèi)存儲有設(shè)備編碼信息表，所述設(shè)備編碼信息表包括預(yù)設(shè)設(shè)備編碼 及位置信息。定位單元41收到客戶端3發(fā)送的設(shè)備編碼后，查找設(shè)備編碼信息表，查找出 與解碼而成的設(shè)備編碼相匹配的預(yù)設(shè)設(shè)備編碼，同時查找出位置信息以定位出客戶端3的 實時位置。
[0093]檢測單元42，用于根據(jù)所述時間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常。
[0094]需要說明的是，當(dāng)檢測單元42判斷出所述時間編碼不處于校驗范圍內(nèi)時，超聲波 信號異常，服務(wù)器判斷超聲波信號無效。當(dāng)判斷出所述時間編碼處于校驗范圍內(nèi)時，超聲波
"[目號正常。
[0095]需要說明的是，時間編碼采用以I為步長的自增序列，每一分鐘自增1，到1000萬 時，則時間編碼重置為1，并重新循環(huán)。優(yōu)選地，所述校驗范圍為[0，I]，即所述客戶端3實 時發(fā)送的時間編碼與歷史編碼的差值大于等于0，且小于等于I。
[0096]由于時間編碼采用二進制數(shù)表示，若檢測單元42判斷出當(dāng)前客戶端3實時發(fā)送的 時間編碼與上一次收到客戶端3發(fā)送的時間編碼(即歷史編碼)的差值處于校驗范圍內(nèi)，則 超聲波信號正常。
[0097]與所述定位單元41及檢測單元42相連的轉(zhuǎn)發(fā)單元43，用于當(dāng)檢測單元42檢測出 所述超聲波信號正常時，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端3。
[0098]由上可知，超聲波發(fā)射裝置2上的編碼單元21利用CRC算法，根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編 碼及時間編碼生成CRC碼，并轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的超聲波信號。處理單元22對所述超聲波信號進 行濾波、放大處理，去除超聲波信號的多次諧波，減少其對脈沖信號的干擾，并通過發(fā)射單 元23上的超聲波發(fā)射頭向外發(fā)射經(jīng)所述處理單元22處理后的超聲波信號。客戶端3上的 采集單元31利用瞬時測頻算法準確地判定超聲波信號的起始位置，及時采集超聲波信號。 編碼單元32采用快速傅里葉變換，將超聲波信號由時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，并有效地濾 除多余的頻域信號，高效、快速、準確地還原出超聲波發(fā)射裝置2所發(fā)射的超聲波信號。同時，將還原后的超聲波信號轉(zhuǎn)換為二進制字符串，提取并發(fā)送其中的設(shè)備編碼及時間編碼 至服務(wù)器4。通過服務(wù)器4查找所述設(shè)備編碼所對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位置信息，并判斷 超聲波信號是否異常，當(dāng)服務(wù)器4判斷出超聲波信號正常時，將位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端3以 實現(xiàn)客戶端3實時位置的準確定位。
[0099]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波定位方法，其特征在于，包括:超聲波發(fā)射裝置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號，并發(fā)送所述超聲波信號;客戶端采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號； 客戶端對采集的所述超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼，并發(fā)送至服務(wù)器；服務(wù)器根據(jù)所述設(shè)備編碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位置信息以定位出客戶端的實時位置；服務(wù)器根據(jù)所述時間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波定位方法，其特征在于，所述超聲波發(fā)射裝置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號的步驟包括:根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼，通過CRC算法，計算CRC碼；將所述CRC碼轉(zhuǎn)換為超聲波信號，其中20kHZ表示0，21kHZ表示I。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波定位方法，其特征在于，所述服務(wù)器根據(jù)所述時間編碼， 判斷超聲波信號是否正常的步驟包括:所述服務(wù)器獲取歷史編碼，并計算所述客戶端實時發(fā)送的時間編碼與歷史編碼的差值，所述歷史編碼為所述客戶端上一次發(fā)送的時間編碼；判斷所述差值是否處于校驗范圍內(nèi)，判斷為是時，超聲波信號正常，判斷為否時，超聲波信號異常。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波定位方法，其特征在于，所述客戶端采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號的步驟包括:客戶端利用瞬時測頻算法實時測量所述超聲波信號的頻率值；判斷所述頻率值所對應(yīng)的采樣點是否為超聲波信號的起始點，判斷為是時，客戶端采集所述超聲波信號。
5.如權(quán)利要求4所述的超聲波定位方法，其特征在于，所述客戶端對采集的超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼的步驟包括:將所述采集的超聲波信號劃分為獨立的段，每段為32ms ；通過快速傅里葉變換將每段超聲波信號由時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，并濾除頻率為 20kHZ以下的頻域信號；將所述頻域信號劃分為獨立的幀，每幀包含5個子幀；利用瞬時測頻算法實時測量所述子幀內(nèi)的頻域信號的頻率值；將所述子幀的頻率值依次組合為頻率值串，并對所述頻率值串進行濾波處理；將所述經(jīng)濾波處理后的頻率值串轉(zhuǎn)換為二進制字符串，其中O表示20kHZ，l表示 2IkHZ ；提取所述二進制字符串中的設(shè)備編碼及時間編碼。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲波定位方法，其特征在于，所述超聲波發(fā)射裝置根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號的步驟之前還包括:所述超聲波發(fā)射裝置通過計算機預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時間編碼。
7.一種超聲波定位系統(tǒng)，其特征在于，包括:超聲波發(fā)射裝置，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成并向外發(fā)送超聲波信號； 客戶端，用于采集所述超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號，并對采集的所述超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼，并發(fā)送至服務(wù)器；服務(wù)器，用于根據(jù)客戶端發(fā)送的設(shè)備編碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位置信息以定位出客戶端的實時位置，并根據(jù)時間編碼，判斷所述客戶端采集的超聲波信號是否正常，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
8.如權(quán)利要求7所述的超聲波定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)射裝置包括:編碼單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時間編碼生成超聲波信號；與所述編碼單元相連的處理單元，用于對所述超聲波信號進行濾波、放大處理；與所述處理單元相連的發(fā)射單元，用于向外發(fā)射經(jīng)所述處理單元處理后的超聲波信號。
9.如權(quán)利要求7所述的超聲波定位系統(tǒng)，其特征在于，所述客戶端包括:采集單元，用于采集超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的超聲波信號；與所述采集單元相連的解碼單元，用于對采集的所述超聲波信號進行解碼以生成設(shè)備編碼及時間編碼；與所述解碼單元相連的發(fā)送單元，用于將所述解碼單元生成的設(shè)備編碼及時間編碼發(fā)送至服務(wù)器。
10.如權(quán)利要求7所述的超聲波定位系統(tǒng)，其特征在于，所述服務(wù)器包括:定位單元，用于根據(jù)所述設(shè)備編 碼查找與所述設(shè)備編碼對應(yīng)的超聲波發(fā)射裝置的位置信息以定位出客戶端的實時位置；檢測單元，用于根據(jù)所述時間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常；與所述定位單元及檢測單元相連的轉(zhuǎn)發(fā)單元，用于當(dāng)檢測單元檢測出所述超聲波信號正常時，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
【文檔編號】G01S1/74GK103592618SQ201210287800
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】許可 申請人:廣州光點信息科技有限公司