本實(shí)用新型涉及一種三維定位技術(shù)，特別是室內(nèi)三維定位中的音頻定位裝置。

背景技術(shù)：

在本人已申請(qǐng)的專(zhuān)利中公開(kāi)了一種室內(nèi)三維定位方法，它通過(guò)至少三個(gè)音頻和無(wú)線基站完成空間定位。對(duì)于如何提取音頻時(shí)間信息公開(kāi)文件中沒(méi)有具體說(shuō)明，此外，在原有的公開(kāi)信息中提取定位信息需要不斷的通過(guò)無(wú)線電獲取同步時(shí)間量，它給使用帶來(lái)了一定的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種使用靈活，定位精度高，響應(yīng)時(shí)間快，能適應(yīng)移動(dòng)VR空間定位的音頻定位裝置。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種音頻定位裝置，其特征是：至少包括三個(gè)音頻發(fā)射源，三個(gè)音頻發(fā)射源分別是第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源安裝在音頻發(fā)射源固定架上。

所述的音頻發(fā)射源固定架是一個(gè)丁字結(jié)構(gòu)，音頻發(fā)射源固定架有一個(gè)中間點(diǎn)，中間點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)原點(diǎn)同時(shí)安裝LD，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離相同。

所述的音頻發(fā)射源固定架是圓形支架，音頻發(fā)射源固定架有一個(gè)中間點(diǎn)，中間點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)原點(diǎn)同時(shí)安裝LD，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離相同。

所述的音頻發(fā)射源固定架是分體架，第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源分別安裝在分體架上。

所述的LD是激光器，LD垂直向下發(fā)射光點(diǎn)，在光點(diǎn)通過(guò)的位置放置音頻接收器或校正臺(tái)。

所述的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源發(fā)送的音頻頻率至少相差100Hz。

所述的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源發(fā)送的音頻頻率是1k以上的音頻頻率。

所述的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源發(fā)送的音頻頻率是連續(xù)的音頻信號(hào)包，音頻信號(hào)包與音頻信號(hào)包之間間隔小于1秒，最佳時(shí)間間隔是0.5－0.1秒。

所述的本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：由于聲速在25度時(shí)，聲波速度約為每秒340米，由空間至少三個(gè)音頻發(fā)射源構(gòu)成一組，向空間發(fā)送不同頻率的聲頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以0.1秒為周期，音頻發(fā)射源發(fā)送到音頻接收器聲音傳送距離約34米，因此三個(gè)音頻發(fā)射源可實(shí)現(xiàn)1000立方米的空間定位。同時(shí)用聲速測(cè)距具有精度高的特點(diǎn)，一般情況下都能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)，因此實(shí)現(xiàn)1000平方米的空間定位，其響應(yīng)時(shí)間小于0.1秒，定位精度能達(dá)到1個(gè)厘米。在VR或其它領(lǐng)域能方便實(shí)現(xiàn)高精度、高速度的空間定位。

采用高精度的處理器將咪頭接收的音頻信號(hào)經(jīng)高精度A/D采樣實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，然后通過(guò)傅里葉變換進(jìn)行選頻處理，通過(guò)建立存貯的音頻音標(biāo)信號(hào)與傅里葉變后的信號(hào)進(jìn)行二次相關(guān)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻發(fā)射源信號(hào)的精準(zhǔn)時(shí)間檢測(cè)，確保檢測(cè)信息的可靠真實(shí)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本實(shí)用新型信進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的流程圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的實(shí)施例說(shuō)明圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源第一種坐標(biāo)建立圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源第二種坐標(biāo)建立圖；

圖5是音頻音標(biāo)信號(hào)圖；

圖6是咪頭接收的音頻信號(hào)波形圖；

圖7是通過(guò)實(shí)時(shí)距離t1、t2、t3計(jì)算音頻接收器相對(duì)于三個(gè)音頻發(fā)射源空間坐標(biāo)的相對(duì)坐標(biāo)流程圖；

圖8是音頻定位裝置；

圖9是激光器。

圖中，1、第一音頻發(fā)射源；2、；第二音頻發(fā)射源；3、第三音頻發(fā)射源；4、音頻接收器；5、坐標(biāo)原點(diǎn)；6、校正臺(tái)；7、LD；8、音頻發(fā)射源固定架。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，一種音頻定位方法，包括如下步驟：

1)第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3以不同的音頻頻率間隔向空間發(fā)送音頻信號(hào)包；第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3發(fā)送的音頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)間隔是80ms，寬度是3ms，頻率分別是2.5k、3k、3.5k；見(jiàn)圖2所示。

2)音頻接收器4是一臺(tái)手機(jī)或一體式移動(dòng)VR或是具有高精度A/D接口的處理器、咪頭和通信電路構(gòu)成的音頻處理器，處理器的A/D精度在12位以上，音頻接收器4存貯有3ms寬的2.5k、3k、3.5k音頻信號(hào)源；見(jiàn)圖2所示。

3)音頻接收器4不間斷的接收音頻信號(hào)；音頻信號(hào)采用分段處理，每段大于等于80ms；音頻信號(hào)連續(xù)采集，以便在定位中不形成空區(qū)。見(jiàn)圖3所示。

4)音頻接收器4通過(guò)傅里葉變換對(duì)音頻數(shù)據(jù)分別進(jìn)行2.5k、3k、3.5k的選頻處理，形成三個(gè)文件進(jìn)行存貯，然后用存貯的3ms寬的2.5k、3k、3.5k音頻信號(hào)源與存貯的三個(gè)文件分別進(jìn)行同頻率信號(hào)卷積，得到卷積過(guò)程中的最大值位置，或者說(shuō)檢測(cè)到第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3發(fā)送的信號(hào)位置；見(jiàn)圖4所示，圖4中的上波形是選頻處理，形成三個(gè)文件進(jìn)行存貯。圖4的下波形為3ms，從左向右與上波形開(kāi)始卷積，上波形在80ms－100ms之間。

實(shí)際的步驟4)可以通過(guò)以下步驟：

以存貯的每一個(gè)音頻發(fā)射源的音頻信號(hào)包與接收的音頻信息進(jìn)行卷積；

對(duì)卷積移位數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；

對(duì)每一次移位數(shù)的卷積結(jié)果進(jìn)行存貯；

卷積結(jié)束后，給出最大結(jié)果的移位數(shù)；

計(jì)算移位一次對(duì)應(yīng)的時(shí)間；

用移位數(shù)*移位一次對(duì)應(yīng)的時(shí)間求出對(duì)應(yīng)音頻發(fā)射源到音頻接收器的時(shí)間t；

依據(jù)速度公式計(jì)算音頻發(fā)射源到音頻接收器的距離r＝t*v；

其中，v是在溫度環(huán)境下的聲音速度，t是傳送時(shí)間，r是距離。

5)獲取第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3分別到音頻接收器4的接收時(shí)間，計(jì)算三個(gè)音頻發(fā)射源相對(duì)于音頻接收器的實(shí)時(shí)距離；

步驟5)或用如下步驟說(shuō)明：如圖5所示，

依據(jù)步驟4）計(jì)算r1、r2、r3，其中，r1是音頻發(fā)射源1到音頻接收器4的距離，r2是音頻發(fā)射源2到音頻接收器4的距離，r3是音頻發(fā)射源3到音頻接收器4的距離；

計(jì)算r1、r2、r3還包括確定三個(gè)音頻發(fā)射源的啟始時(shí)間t01、t02、t03；

其中，t01是第一音頻發(fā)射源的啟始音頻發(fā)送時(shí)間，t02是第二音頻發(fā)射源的啟始音頻發(fā)送時(shí)間，t03是第三音頻發(fā)射源的啟始音頻發(fā)送時(shí)間；

通過(guò)音頻接收器檢測(cè)出每一個(gè)音頻發(fā)射源發(fā)射的音頻信號(hào)到音頻接收器的實(shí)時(shí)時(shí)間，ti1、ti2、ti3；

其中，ti1是音頻發(fā)射源1到音頻接收器4的時(shí)間，ti2是音頻發(fā)射源2到音頻接收器4的時(shí)間，ti3是音頻發(fā)射源3到音頻接收器4的時(shí)間；

用公式ti1－t01＝t1，t1是得到的第一音頻發(fā)射源到音頻接收器所需要的時(shí)間，

用ti2－t02＝t2，t2是得到的第二音頻發(fā)射源到音頻接收器所需要的時(shí)間；

用ti3－t03＝t3，t3是得到的第三音頻發(fā)射源到音頻接收器所需要的時(shí)間；

t1、t2、t3在0.01-1秒之間，優(yōu)選值在0.08秒。

依據(jù)速度公式計(jì)算第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源分別到音頻接收器的距離r1、r2、r3。

當(dāng)t01＝t02＝t03時(shí)，則表示第一音頻發(fā)射源和第二音頻發(fā)射源和第三音頻發(fā)射源采用同步音頻發(fā)送；當(dāng)t01≠t02≠t03時(shí)，則表示第一音頻發(fā)射源和第二音頻發(fā)射源和第三音頻發(fā)射源采用異步音頻發(fā)送。

6)用存貯的第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源分別的的坐標(biāo)通過(guò)實(shí)時(shí)距離計(jì)算音頻接收器相對(duì)于三個(gè)音頻發(fā)射源空間坐標(biāo)的相對(duì)坐標(biāo)。

步驟6)或用如下步驟說(shuō)明：如圖6所示：

201）給出第一音頻發(fā)射源的坐標(biāo)A（x1,y1,z1）、第二音頻發(fā)射源的坐標(biāo)B（x2,y2,z2）、第三音頻發(fā)射源的坐標(biāo)C（x3,y3,z3）；

202）用r1為半徑，坐標(biāo)A（x1,y1,z1）為中心，建立r1半徑上球面坐標(biāo)公式；

203）用r2為半徑，坐標(biāo)B（x2,y2,z2）為中心，建立r2半徑上球面坐標(biāo)公式；

204）用r3為半徑，坐標(biāo)C（x3,y3,z3）為中心，建立r3半徑上球面坐標(biāo)公式；

205）使上述三個(gè)公式相等，建立聯(lián)立方程，計(jì)算上述三個(gè)球面的相交點(diǎn)坐標(biāo)，也就是音頻接收器相對(duì)于三個(gè)音頻發(fā)射源空間坐標(biāo)的相對(duì)坐標(biāo)。

如圖7所示，所述的分別給出第一音頻發(fā)射源、第二音頻發(fā)射源、第三音頻發(fā)射源的坐標(biāo)A（x1,y1,z1）、B（x2,y2,z2）和C（x3,y3,z3）是以中心點(diǎn)O（0,0,0）為中心坐標(biāo)點(diǎn)，分別將第一音頻發(fā)射源坐標(biāo)A（x1,y1,z1）、第二音頻發(fā)射源坐標(biāo)B（x2,y2,z2）、第三音頻發(fā)射源坐標(biāo)C（x3,y3,z3）分布在中心點(diǎn)O（0,0,0）為中心點(diǎn)的圓周上。

一種音頻定位裝置，如圖8和圖9所示，至少包括三個(gè)音頻發(fā)射源，三個(gè)音頻發(fā)射源分別是第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3安裝在音頻發(fā)射源固定架8，三個(gè)音頻發(fā)射源以不同的音頻頻率連續(xù)向空間發(fā)送音頻信號(hào)包；音頻發(fā)射源固定架8的空間尺寸確定第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的空間坐標(biāo)。

音頻發(fā)射源固定架8是一個(gè)丁字結(jié)構(gòu)，中間點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)5，坐標(biāo)原點(diǎn)5同時(shí)安裝LD7，丁字結(jié)構(gòu)的三端分別安裝第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3到坐標(biāo)原點(diǎn)5距離相同。

如果坐標(biāo)原點(diǎn)5的坐標(biāo)為O（0，0，0），則第一音頻發(fā)射源1坐標(biāo)A（－L,0，0），第二音頻發(fā)射源2坐標(biāo)B（0, －L，0），第三音頻發(fā)射源3坐標(biāo)C（L,0，0）。L是第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3分別到音頻發(fā)射源4的距離，其距離相同。

音頻發(fā)射源固定架8是一個(gè)圓形支架，圓形支架中間點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)5，坐標(biāo)原點(diǎn)5同時(shí)安裝LD7，圓周上分別安裝第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3按120度分配在圓周上，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3到坐標(biāo)原點(diǎn)5距離相同。

如圖9所示，LD7是激光器，LD7垂直向下發(fā)射光點(diǎn)，在光點(diǎn)通過(guò)的位置放置音頻接收器4或校正臺(tái)6，當(dāng)放置校正臺(tái)6時(shí)，將音頻接收器4放在校正臺(tái)6上，光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)音頻接收器4，同時(shí)使音頻接收器4處在初始化狀態(tài)，當(dāng)LD7到校正臺(tái)6距離已知為h情況下，第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3分別發(fā)送的音頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)到音頻接收器4的距離相同，音頻接收器4的坐標(biāo)點(diǎn)是：D（0，0，h），在已知音頻接收器4的坐標(biāo)點(diǎn)D（0，0，h）和第一音頻發(fā)射源1坐標(biāo)A（－L,0，0），第二音頻發(fā)射源2坐標(biāo)B（0,－L，0），第三音頻發(fā)射源3坐標(biāo)C（L,0，0）時(shí)，音頻接收器4只要測(cè)出第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3發(fā)送的音頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)間，就能方便計(jì)算出啟始音頻發(fā)送時(shí)間。

本實(shí)用新型中，音頻發(fā)射源固定架8可以是一體的，也可以是分體的。音頻發(fā)射源固定架8采用一體結(jié)構(gòu)，出廠使用時(shí)，系統(tǒng)容易自動(dòng)將第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的坐標(biāo)發(fā)出到音頻接收器4，讓使用者方便使用。音頻發(fā)射源固定架8是分體時(shí)，需要測(cè)量第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的坐標(biāo)，然后將第一音頻發(fā)射源1、第二音頻發(fā)射源2、第三音頻發(fā)射源3的坐標(biāo)發(fā)出到音頻接收器4。分體的具有靈活、不影響環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。

音頻接收器4通過(guò)咪頭接收音頻信號(hào)，音頻信號(hào)或經(jīng)過(guò)低噪音放大器放大處理后，在由高精度A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)字選頻處理?；蚴峭ㄟ^(guò)將咪頭接收的音頻信號(hào)直接經(jīng)高精度A/D采樣實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，然后通過(guò)傅里葉變進(jìn)行選頻處理，由建立存貯的音頻音標(biāo)信號(hào)（音頻信號(hào)包）與傅里葉變后的信號(hào)進(jìn)行卷積相關(guān)檢測(cè)。

本實(shí)用新型中，使音頻接收器4處在初始化狀態(tài)下，音頻接收器4可以獲取啟始音頻發(fā)送時(shí)間。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和方法不局限在公開(kāi)的說(shuō)明書(shū)文件中，依照本實(shí)用新型的思想，并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)質(zhì)技術(shù)的改變的情況下所做的改變均屬本實(shí)用新型的保護(hù)內(nèi)容。