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(shí)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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)時(shí)位置；根據(jù)所述時(shí)間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時(shí)，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(shí)測頻算法準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)客戶端位置的準(zhǔn)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(dòng)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(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)，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(jìn)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(dòng)設(shè)備的定位方面，目前的移動(dòng)設(shè)備定位系統(tǒng)都是利用GPS衛(wèi)星實(shí)現(xiàn) 定位的，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)雖然可以用來測定移動(dòng)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(dòng)設(shè)備進(jìn)入一個(gè)較大的區(qū)域，無法判斷移動(dòng)設(shè)備是否已經(jīng)進(jìn)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(shí)測頻算法準(zhǔn)確地定位出超聲波信號的起始位置，及時(shí)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(shí)現(xiàn) 客戶端位置的準(zhǔn)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(shí)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(jìn)行解碼以生成設(shè) 備編碼及時(shí)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(shí)時(shí)位置；服務(wù)器根據(jù)所述時(shí)間編碼，判 斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時(shí)，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(jìn)，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(shí)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(shí)間編碼，通過CRC算法，計(jì)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(jìn)，所述服務(wù)器獲取歷史編碼，并計(jì)算所述客戶端實(shí)時(shí)發(fā)送的 時(shí)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(shí)間編碼；判斷所 述差值是否處于校驗(yàn)范圍內(nèi)，判斷為是時(shí)，超聲波信號正常，判斷為否時(shí)，超聲波信號異常。
[0008]作為上述方案的改進(jìn)，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(shí)測頻算法實(shí)時(shí)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(diǎn)是否為超聲波信號的起始點(diǎn)，判斷為是時(shí)，客戶端采集所述超聲波信號。
[0009]作為上述方案的改進(jìn)，所述客戶端對采集的超聲波信號進(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼 及時(shí)間編碼的步驟包括:將所述采集的超聲波信號劃分為獨(dú)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(shí)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(dú)立的幀，每幀包含5個(gè)子幀；利用瞬時(shí)測頻算法實(shí)時(shí)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(jìn)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(jìn)制字符串，其中O表 示20kHZ，I表示21kHZ ；提取所述二進(jìn)制字符串中的設(shè)備編碼及時(shí)間編碼。
[0010]作為上述方案的改進(jìn)，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(shí)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(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)時(shí)位置，并根據(jù)時(shí)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(jìn)，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(shí)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(jìn)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(jìn)，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(jìn)行解 碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)間編碼發(fā)送至服務(wù)器。
[0014]作為上述方案的改進(jìn)，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(shí)時(shí)位置；檢測單元， 用于根據(jù)所述時(shí)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(shí)，將所述位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端。
[0015]實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果:
客戶端利用瞬時(shí)測頻算法準(zhǔn)確地定位出超聲波信號的起始位置，及時(shí)采集超聲波信 號。采用快速傅里葉變換，將超聲波信號由時(shí)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(zhǔn)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(shí)，將還原后 的超聲波信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制字符串，提取其中的設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)現(xiàn)了客戶端實(shí)時(shí)位置的準(zhǔn)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(shí)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(shí)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(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一 步地詳細(xì)描述。
[0018]圖1是本發(fā)明一種超聲波定位方法的第一實(shí)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(shí)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(jìn)制設(shè)備編碼，同時(shí)，超聲波發(fā) 射裝置可實(shí)時(shí)采集當(dāng)前時(shí)間，并轉(zhuǎn)換為時(shí)間編碼，同時(shí)，將所述設(shè)備編碼及時(shí)間編碼作為源 信息，并對所述源信息進(jìn)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(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)間編碼是實(shí)時(shí)變化 的。時(shí)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(shí)，則時(shí)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(jìn)制字符串，此時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)，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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)，需對有效的超聲波信號進(jìn)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(shí)，將所述超聲波信號轉(zhuǎn) 換為二進(jìn)制字符串，其中0表示20kHZ，I表示21kHZ。相應(yīng)地，可從所述二進(jìn)制字符串中還 原出設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)時(shí)位置。
[0028]需要說明的是，服務(wù)器內(nèi)預(yù)存儲(chǔ)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(shí)，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(shí)查找出位置信息以定位出客戶端的實(shí)時(shí)位置。
[0029]S104，服務(wù)器根據(jù)所述時(shí)間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時(shí)，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(shí)間編碼時(shí)，服務(wù)器根據(jù)時(shí)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(shí)，則所述超聲波信號無效；當(dāng)判斷出超聲波信號 正常時(shí)，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(shí)施例流程圖，包括:
S200，根據(jù)預(yù)設(shè)的設(shè)備編碼及時(shí)間編碼，通過CRC算法，計(jì)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(jìn)制設(shè)備編碼，同時(shí)，超聲波發(fā) 射裝置可實(shí)時(shí)采集當(dāng)前時(shí)間，并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的時(shí)間編碼。并將所述設(shè)備編碼及時(shí)間編碼 作為源信息。利用CRC算法，計(jì)算出CRC校驗(yàn)值，然后將設(shè)備編碼、時(shí)間編碼、CRC校驗(yàn)值拼 合為二進(jìn)制CRC碼。
[0033]更佳地，所述超聲波發(fā)射裝置通過計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時(shí)間編碼，用戶可以根 據(jù)實(shí)際情況，通過計(jì)算機(jī)設(shè)置超聲波發(fā)射裝置的設(shè)備編碼及時(shí)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(jìn)制CRC碼由O、I兩個(gè)數(shù)碼表示，此時(shí)，對所述二進(jìn)制CRC碼進(jìn)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(shí)測頻算法實(shí)時(shí)測量所述超聲波信號的頻率值。
[0038]利用瞬時(shí)測頻算法可在短時(shí)間內(nèi)獲得超聲波"[目號的頻率值，瞬時(shí)測頻算法可包 括:三角變換法、時(shí)頻分析法和功率譜估計(jì)法。其中，三角變換法是將所述超聲波信號進(jìn)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(shí)頻率和相 位。時(shí)頻分析法的基本思想是通過構(gòu)建一個(gè)函數(shù)，使其能夠同時(shí)使用時(shí)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(gè)函數(shù)可以計(jì)算某一確定的頻率和時(shí)間范圍內(nèi)能量 的分布情況。功率譜估計(jì)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(shí)時(shí)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(diǎn)是否為超聲波信號的起始點(diǎn)。判斷為是時(shí)， 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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)測頻算法實(shí)時(shí)測量所述超聲波信號的頻率值，當(dāng)測量出當(dāng)前采樣 點(diǎn)的頻率值為20 kHZ或21 kHZ，而前一采樣點(diǎn)的頻率值小于20 kHZ時(shí)，即表示當(dāng)前采樣點(diǎn) 為超聲波信息的起始點(diǎn)。此時(shí)，客戶端由當(dāng)前采樣點(diǎn)開始采集超聲波信號，采集時(shí)長為一段 有效的超聲波信號的時(shí)長。
[0043]例如，某有效的超聲波信號的時(shí)長為768ms，相應(yīng)地，利用瞬時(shí)測頻算法，當(dāng)客戶端 判斷出超聲波信號的起始點(diǎn)時(shí)，由起始點(diǎn)開始采集超聲波信號，采集時(shí)長為768ms。
[0044]S205，將所述采集的超聲波信號劃分獨(dú)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(shí)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(shí)域信號，以累加的方式計(jì)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(dú)立的幀，每幀包含5個(gè)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(shí)，可計(jì)算出每幀約含 176 (采樣率X幀長)個(gè)采樣點(diǎn)。
[0050]相應(yīng)地，每幀包含5個(gè)子幀，子幀的幀長為60個(gè)采樣點(diǎn)，子幀的幀移為30個(gè)采樣 點(diǎn)，此時(shí)，子幀的下標(biāo)范圍為1?60、31?90、61?120、91?150、121?176。
[0051]S208，利用瞬時(shí)測頻算法實(shí)時(shí)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(jìn)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(shí)間為8ms，因此每兩幀所 組合成的連續(xù)的10個(gè)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(jìn)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(jìn)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(gè)子幀的頻率值一致，即每兩幀所組合成的連 續(xù)的10個(gè)子幀共享一個(gè)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(jìn)制字符串中的設(shè)備編碼及時(shí)間編碼。
[0057]需要說明的是，每10個(gè)子幀可轉(zhuǎn)換為一個(gè)0或I的數(shù)碼，解碼而成的二進(jìn)制字符 串應(yīng)與CRC碼一致，由于CRC碼由設(shè)備編碼、時(shí)間編碼、CRC校驗(yàn)值拼合而成。因此，可從所 述二進(jìn)制字符串中提取出設(shè)備編碼及時(shí)間編碼。
[0058]S212，客戶端將所述設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)時(shí)位置。
[0060]需要說明的是，服務(wù)器內(nèi)預(yù)存儲(chǔ)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(shí)查找出位置信息以定位出客戶端的 實(shí)時(shí)位置。
[0061]S214，所述服務(wù)器獲取歷史編碼，并計(jì)算所述客戶端實(shí)時(shí)發(fā)送的時(shí)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(shí)間編碼。
[0063]S215，判斷所述差值是否處于校驗(yàn)范圍內(nèi)。判斷為是時(shí)，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(shí)間編碼后，實(shí)時(shí)判斷所述差值是否處于校驗(yàn)范圍內(nèi)。當(dāng)判斷出所述時(shí)間編碼不處于校驗(yàn)范圍內(nèi)時(shí)，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(shí)間編碼處于校驗(yàn)范圍內(nèi)時(shí)，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(shí)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(shí)，則時(shí)間編碼重置為1，并重新循環(huán)。優(yōu)選地，所述校驗(yàn)范圍為[0，I]，即所述客戶端實(shí)時(shí) 發(fā)送的時(shí)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(shí)間編碼采用二進(jìn)制數(shù)表示，若服務(wù)器上一次收到客戶端發(fā)送的時(shí)間編碼 (即歷史編碼)為1，當(dāng)前客戶端發(fā)送的時(shí)間編碼為10 (即十進(jìn)制2)時(shí)，客戶端實(shí)時(shí)發(fā)送的 時(shí)間編碼與歷史編碼的差值為1，差值處于校驗(yàn)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(shí)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(jìn)制設(shè)備編碼，超聲波發(fā)射 裝置2可實(shí)時(shí)采集當(dāng)前時(shí)間，并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的時(shí)間編碼，將所述設(shè)備編碼及時(shí)間編碼作 為源信息，并對所述源信息進(jìn)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(jìn)制字符串，此時(shí)，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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(jī)、平板電腦或筆記本電腦等移動(dòng)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(shí)時(shí)位置，并根據(jù)時(shí)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(shí)，將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制字符串，其中0表示20kHZ，I表 示21kHZ。相應(yīng)地，可從所述二進(jìn)制字符串中還原出設(shè)備編碼及時(shí)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(chǔ)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(shí)查找出位置信息以定位出客戶端3的實(shí)時(shí)位置。同 時(shí)，服務(wù)器4根據(jù)時(shí)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(shí)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(gè)或多個(gè)。各超聲波發(fā)射 裝置2相互獨(dú)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(jìn)入超聲波發(fā)射裝置2的服務(wù)范圍時(shí)，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(shí) 間編碼的計(jì)算機(jī)。[0075]計(jì)算機(jī)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(shí)際 情況，利用USB接口或RS232接口建立計(jì)算機(jī)與超聲波發(fā)射裝置2間的連接，并通過計(jì)算機(jī) 設(shè)置超聲波發(fā)射裝置2的設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)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(jìn)制設(shè)備編碼，同時(shí)，編碼單元21 可實(shí)時(shí)采集當(dāng)前時(shí)間，并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的時(shí)間編碼，并將所述設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)間編碼作計(jì)算出CRC校驗(yàn) 值，然后將設(shè)備編碼、時(shí)間編碼、CRC校驗(yàn)值拼合為二進(jìn)制CRC碼。二進(jìn)制CRC碼由O、I兩 個(gè)數(shù)碼表示，此時(shí)，編碼單元21將所述二進(jìn)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(jī)。
[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(jìn)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(gè)高 通，再用運(yùn)算放大器電路做四個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)測頻算法可在短時(shí)間內(nèi)獲得超聲波信號的頻率值， 瞬時(shí)測頻算法可包括:三角變換法、時(shí)頻分析法和功率譜估計(jì)法。其中，三角變換法是將所 述超聲波信號進(jìn)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(shí)頻率和相位。時(shí)頻分析法的基本思想是通過構(gòu)建一個(gè)函數(shù)，使其能夠同時(shí)使用時(shí) 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(gè)函數(shù)可以計(jì)算某一確定的頻率 和時(shí)間范圍內(nèi)能量的分布情況。功率譜估計(jì)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(shí)時(shí)測量所述超聲波信號的 頻率值。
[0087]采集單元31利用瞬時(shí)測頻算法實(shí)時(shí)測量所述超聲波信號的頻率值，當(dāng)測量出當(dāng) 前采樣點(diǎn)的頻率值為20 kHZ或21 kHZ，而前一采樣點(diǎn)的頻率值小于20 kHZ時(shí)，即表示當(dāng)前采樣點(diǎn)為超聲波信息的起始點(diǎn)。此時(shí)，采集單元31由當(dāng)前采樣點(diǎn)開始采集超聲波信號，采 集時(shí)長為一段有效的超聲波信號的時(shí)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(jìn)行解碼 以生成設(shè)備編碼及時(shí)間編碼。
[0089]解碼單元32將所述采集的超聲波信號劃分獨(dú)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(shí)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(shí)，將所述頻域信號劃分為獨(dú)立的幀，每幀包含5個(gè)子幀，并利用瞬時(shí)測頻算法實(shí)時(shí) 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(jìn)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(jìn)制字符串，其中0 表示20kHZ，I表示21kHZ，并提取所述二進(jìn)制字符串中的設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)位置。
[0092]定位單元41內(nèi)存儲(chǔ)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(shí)查找出位置信息以定位出客戶端3的 實(shí)時(shí)位置。
[0093]檢測單元42，用于根據(jù)所述時(shí)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(shí)間編碼不處于校驗(yàn)范圍內(nèi)時(shí)，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(shí)間編碼處于校驗(yàn)范圍內(nèi)時(shí)，超聲波
"[目號正常。
[0095]需要說明的是，時(shí)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(shí)，則時(shí)間編碼重置為1，并重新循環(huán)。優(yōu)選地，所述校驗(yàn)范圍為[0，I]，即所述客戶端3實(shí) 時(shí)發(fā)送的時(shí)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(shí)間編碼采用二進(jìn)制數(shù)表示，若檢測單元42判斷出當(dāng)前客戶端3實(shí)時(shí)發(fā)送的 時(shí)間編碼與上一次收到客戶端3發(fā)送的時(shí)間編碼(即歷史編碼)的差值處于校驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(jìn) 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(shí)測頻算法準(zhǔn)確地判定超聲波信號的起始位置，及時(shí)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(shí)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(zhǔn)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(shí)，將還原后的超聲波信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制字符串，提取并發(fā)送其中的設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)，將位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端3以 實(shí)現(xiàn)客戶端3實(shí)時(shí)位置的準(zhǔn)確定位。
[0099]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為 本發(fā)明的保護(hù)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(shí)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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)時(shí)位置；服務(wù)器根據(jù)所述時(shí)間編碼，判斷所述超聲波信號是否正常，判斷為是時(shí)，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(shí)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(shí)間編碼，通過CRC算法，計(jì)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(shí)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(jì)算所述客戶端實(shí)時(shí)發(fā)送的時(shí)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(shí)間編碼；判斷所述差值是否處于校驗(yàn)范圍內(nèi)，判斷為是時(shí)，超聲波信號正常，判斷為否時(shí)，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(shí)測頻算法實(shí)時(shí)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(diǎn)是否為超聲波信號的起始點(diǎn)，判斷為是時(shí)，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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)間編碼的步驟包括:將所述采集的超聲波信號劃分為獨(dú)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(shí)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(dú)立的幀，每幀包含5個(gè)子幀；利用瞬時(shí)測頻算法實(shí)時(shí)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(jìn)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(jìn)制字符串，其中O表示20kHZ，l表示 2IkHZ ；提取所述二進(jìn)制字符串中的設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)時(shí)位置，并根據(jù)時(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)行解碼以生成設(shè)備編碼及時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)位置；檢測單元，用于根據(jù)所述時(shí)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(shí)，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(diǎn)信息科技有限公司