一种超声波定位方法及超声波定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波定位方法，包括：超声波发射装置根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号，并发送所述超声波信号；客户端采集超声波发射装置所发射的超声波信号；客户端对采集的所述超声波信号进行解码以生成设备编码及时间编码，并发送至服务器；服务器根据所述设备编码定位出客户端的实时位置；根据所述时间编码，判断所述超声波信号是否正常，判断为是时，将所述位置信息转发至客户端。本发明还公开了一种超声波定位系统。采用本发明，可利用瞬时测频算法准确地采集超声波信号，并采用快速傅里叶变换将超声波信号转换为频域信号，高效地还原超声波信号，提取设备编码，实现客户端位置的准确定位。
【专利说明】一种超声波定位方法及超声波定位系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动设备定位技术，尤其涉及一种超声波定位方法及超声波定位系 统。
【背景技术】
[0002]超声波具有定向性好、能量消耗小、在传输过程中衰减较小、反射能量较强等优 点，它不受光线、被测物颜色等影响，在恶劣工作环境下具有一定的适应能力，可以利用超 声波进行定位、测量、探伤和加工处理等。因此，很多领域都通过与超声波定位技术的结合， 获得了更好的领域拓展和新产品开发。
[0003]但是，在移动设备的定位方面，目前的移动设备定位系统都是利用GPS卫星实现 定位的，GPS卫星定位系统虽然可以用来测定移动设备是否在地面上某一区域，但其精确度 较低，一般只能测定移动设备进入一个较大的区域，无法判断移动设备是否已经进入商店、 学校等较小的区域。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种超声波定位方法及超声波定位系统， 可利用瞬时测频算法准确地定位出超声波信号的起始位置，及时采集超声波信号，采用快 速傅里叶变换将超声波信号转换为频域信号，高效地还原超声波信号，提取设备编码，实现 客户端位置的准确定位。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超声波定位方法，包括:超声波发射装 置根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号，并发送所述超声波信号；客户端采集 超声波发射装置所发射的超声波信号；客户端对采集的所述超声波信号进行解码以生成设 备编码及时间编码，并发送至服务器；服务器根据所述设备编码查找与所述设备编码对应 的超声波发射装置的位置信息以定位出客户端的实时位置；服务器根据所述时间编码，判 断所述超声波信号是否正常，判断为是时，将所述位置信息转发至客户端。
[0006]作为上述方案的改进，所述超声波发射装置根据预设的设备编码及时间编码生成 超声波信号的步骤包括:根据预设的设备编码及时间编码，通过CRC算法，计算CRC码；将 所述CRC码转换为超声波信号，其中20kHZ表示0，21kHZ表示I。
[0007]作为上述方案的改进，所述服务器获取历史编码，并计算所述客户端实时发送的 时间编码与历史编码的差值，所述历史编码为所述客户端上一次发送的时间编码；判断所 述差值是否处于校验范围内，判断为是时，超声波信号正常，判断为否时，超声波信号异常。
[0008]作为上述方案的改进，所述客户端采集超声波发射装置所发射的超声波信号的步 骤包括:客户端利用瞬时测频算法实时测量所述超声波信号的频率值；判断所述频率值所 对应的采样点是否为超声波信号的起始点，判断为是时，客户端采集所述超声波信号。
[0009]作为上述方案的改进，所述客户端对采集的超声波信号进行解码以生成设备编码 及时间编码的步骤包括:将所述采集的超声波信号划分为独立的段，每段为32ms ;通过快速傅里叶变换将每段超声波信号由时域信号转换为频域信号，并滤除频率为20kHZ以下的 频域信号；将所述频域信号划分为独立的帧，每帧包含5个子帧；利用瞬时测频算法实时测 量所述子帧内的频域信号的频率值；将所述子帧的频率值依次组合为频率值串，并对所述 频率值串进行滤波处理；将所述经滤波处理后的频率值串转换为二进制字符串，其中O表 示20kHZ，I表示21kHZ ；提取所述二进制字符串中的设备编码及时间编码。
[0010]作为上述方案的改进，所述超声波发射装置根据预设的设备编码及时间编码生成 超声波信号的步骤之前还包括:所述超声波发射装置通过计算机预设设备编码及时间编 码。
[0011]相应地，本发明还提供了一种超声波定位系统，包括:超声波发射装置，用于根据 预设的设备编码及时间编码生成并向外发送超声波信号；客户端，用于采集所述超声波发 射装置所发射的超声波信号，并对采集的所述超声波信号进行解码以生成设备编码及时间 编码，并发送至服务器；服务器，用于根据客户端发送的设备编码查找与所述设备编码对应 的超声波发射装置的位置信息以定位出客户端的实时位置，并根据时间编码，判断所述客 户端采集的超声波信号是否正常，将所述位置信息转发至客户端。
[0012]作为上述方案的改进，所述超声波发射装置包括:编码单元，用于根据预设的设备 编码及时间编码生成超声波信号；与所述编码单元相连的处理单元，用于对所述超声波信 号进行滤波、放大处理；与所述处理单元相连的发射单元，用于向外发射经所述处理单元处 理后的超声波信号。
[0013]作为上述方案的改进，所述客户端包括:采集单元，用于采集超声波发射装置所发 射的超声波信号；与所述采集单元相连的解码单元，用于对采集的所述超声波信号进行解 码以生成设备编码及时间编码；与所述解码单元相连的发送单元，用于将所述解码单元生 成的设备编码及时间编码发送至服务器。
[0014]作为上述方案的改进，所述服务器包括:定位单元，用于根据所述设备编码查找与 所述设备编码对应的超声波发射装置的位置信息以定位出客户端的实时位置；检测单元， 用于根据所述时间编码，判断所述超声波信号是否正常；与所述定位单元及检测单元相连 的转发单元，用于当检测单元检测出所述超声波信号正常时，将所述位置信息转发至客户端。
[0015]实施本发明实施例，具有如下有益效果:
客户端利用瞬时测频算法准确地定位出超声波信号的起始位置，及时采集超声波信 号。采用快速傅里叶变换，将超声波信号由时域信号转换为频域信号，并有效地滤除多余的 频域信号，高效、快速、准确地还原出超声波发射装置所发射的超声波信号。同时，将还原后 的超声波信号转换为二进制字符串，提取其中的设备编码及时间编码，并通过服务器查找 所述设备编码所对应的超声波发射装置的位置信息，实现了客户端实时位置的准确定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明一种超声波定位方法的第一实施例流程图；
图2是本发明一种超声波定位方法的第二实施例流程图；
图3是本发明一种超声波定位系统的结构示意图；
图4是本发明一种超声波定位系统中超声波发射装置的结构示意图；图5是本发明一种超声波定位系统中客户端的结构示意图；
图6是本发明一种超声波定位系统中服务器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一 步地详细描述。
[0018]图1是本发明一种超声波定位方法的第一实施例流程图，包括:
S100，超声波发射装置根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号，并发送所述 超声波信号。
[0019]需要说明的是，超声波发射装置内预设有唯一的二进制设备编码，同时，超声波发 射装置可实时采集当前时间，并转换为时间编码，同时，将所述设备编码及时间编码作为源 信息，并对所述源信息进行编码处理，可生成相应的超声波信号。
[0020]更佳地，所述超声波发射装置通过计算机预设设备编码及时间编码。
[0021]需要说明的是，超声波发射装置内的设备编码是唯一的，而时间编码是实时变化 的。时间编码采用以I为步长的自增序列，每一分钟自增1，到1000万时，则时间编码重置 为I，并重新循环。
[0022]优选地，源信息编码后可表示为二进制字符串，此时，当数码为0，则发送频率为20 kHZ的超声波信号；当数码为1，则发送频率为21 kHZ的超声波信号。
[0023]S101，客户端采集超声波发射装置所发射的超声波信号。
[0024]需要说明的是，超声波发射装置所发送的超声波信号由预设的设备编码及时间编 码生成。超声波发射装置发射完一段有效超声波信号后，停止发射任何超声波信号，一段固 定时间后，又重新发射一段有效超声波信号，并重复以上步骤。因此，客户端采集超声波发 射装置所发射的超声波信号时，需要求一次采集可以涵盖至少一段有效的超声波信号。
[0025]S102，客户端对采集的所述超声波信号进行解码以生成设备编码及时间编码，并 发送至服务器。
[0026]客户端采集超声波发射装置所发射的超声波信号后,对有效的超声波信号解码。 解码时，需对有效的超声波信号进行滤波处理，将不属于超声波范围的信号滤除，以减少周 围环境的干扰，还原出频率为20 kHZ或21 kHZ的超声波信号。同时，将所述超声波信号转 换为二进制字符串，其中0表示20kHZ，I表示21kHZ。相应地，可从所述二进制字符串中还 原出设备编码及时间编码。
[0027]S103，服务器根据所述设备编码查找与所述设备编码对应的超声波发射装置的位 置信息以定位出客户端的实时位置。
[0028]需要说明的是，服务器内预存储有设备编码信息表，所述设备编码信息表包括预 设设备编码及位置信息。当服务器收到客户端发送的设备编码时，服务器根据解码而成的 设备编码，查找设备编码信息表，查找出与解码而成的设备编码相匹配的预设设备编码，同 时查找出位置信息以定位出客户端的实时位置。
[0029]S104，服务器根据所述时间编码，判断所述超声波信号是否正常，判断为是时，将 所述位置信息转发至客户端。
[0030]当服务器收到客户端发送的时间编码时，服务器根据时间编码，判断所述超声波信号是否正常，当判断出超声波信号异常时，则所述超声波信号无效；当判断出超声波信号 正常时，则将所述位置信息转发至客户端。
[0031]图2是本发明一种超声波定位方法的第二实施例流程图，包括:
S200，根据预设的设备编码及时间编码，通过CRC算法，计算CRC码。
[0032]需要说明的是，超声波发射装置内预设有唯一的二进制设备编码，同时，超声波发 射装置可实时采集当前时间，并转换为二进制的时间编码。并将所述设备编码及时间编码 作为源信息。利用CRC算法，计算出CRC校验值，然后将设备编码、时间编码、CRC校验值拼 合为二进制CRC码。
[0033]更佳地，所述超声波发射装置通过计算机预设设备编码及时间编码，用户可以根 据实际情况，通过计算机设置超声波发射装置的设备编码及时间编码。
[0034]S201，将所述CRC码转换为超声波信号。其中20kHZ表示0，21kHZ表示I。
[0035]二进制CRC码由O、I两个数码表示，此时，对所述二进制CRC码进行编码处理，当 数码为0，则转换为20 kHZ的超声波信号；当数码为1，则转换为21 kHZ的超声波信号。
[0036]S202,发送所述超声波信号。
[0037]S203，客户端利用瞬时测频算法实时测量所述超声波信号的频率值。
[0038]利用瞬时测频算法可在短时间内获得超声波"[目号的频率值，瞬时测频算法可包 括:三角变换法、时频分析法和功率谱估计法。其中，三角变换法是将所述超声波信号进行 三角变换，然后使用最小二乘法等数据处理方法直接得到所述超声波信号的瞬时频率和相 位。时频分析法的基本思想是通过构建一个函数，使其能够同时使用时间和频率的信息描 述所述超声波信号的能量密度，通过这个函数可以计算某一确定的频率和时间范围内能量 的分布情况。功率谱估计法测频是通过求解所述超声波信号的功率谱来确定信号的频率。 相应地，客户端可采用以上的任意一种方法实时测量所述超声波信号的频率值。
[0039]S204，判断所述频率值所对应的采样点是否为超声波信号的起始点。判断为是时， 客户端采集所述超声波信号。
[0040]需要说明的是，由于超声波信号由CRC码转换而来，当数码为0，则发射频率为20 kHZ的超声波信号；当数码为1，则发射频率为21 kHZ的超声波信号，每一超声波信号的发 射持续时间为8ms。
[0041]一段CRC码可转换为一段频率变化的有效超声波信号,超声波发射装置发射完一 段有效超声波信号后，停止发射任何超声波信号，一段固定时间后，又重新发射一段有效超 声波信号，并重复以上步骤。因此，客户端采集超声波发射装置所发射的超声波信号时，需 要求一次采集可以涵盖至少一段有效的超声波信号。
[0042]客户端利用瞬时测频算法实时测量所述超声波信号的频率值，当测量出当前采样 点的频率值为20 kHZ或21 kHZ，而前一采样点的频率值小于20 kHZ时，即表示当前采样点 为超声波信息的起始点。此时，客户端由当前采样点开始采集超声波信号，采集时长为一段 有效的超声波信号的时长。
[0043]例如，某有效的超声波信号的时长为768ms，相应地，利用瞬时测频算法，当客户端 判断出超声波信号的起始点时，由起始点开始采集超声波信号，采集时长为768ms。
[0044]S205，将所述采集的超声波信号划分独立的段，每段为32ms。
[0045]S206，通过快速傅里叶变换将每段超声波信号由时域信号转换为频域信号，并滤除频率为20kHZ以下的频域信号。
[0046]通过快速傅里叶变换可将采集到的超声波信号时域信号，以累加的方式计算出所 述超声波信号的中不同正弦波信号的频率、振幅和相位，即频域信号。
[0047]超声波发射装置发射频率为20 kHZ或21 kHZ的超声波信号，因此，通过快速傅里 叶变换后，可利用高通滤波器滤除频率为20kHZ以下的频域信号，将不属于超声波范围的 信号滤除，以减少周围环境的干扰。
[0048]S207，将所述频域信号划分为独立的帧，每帧包含5个子帧。
[0049]优选地，客户端的采样率为44.1kHz，每帧的帧长为4ms，此时，可计算出每帧约含 176 (采样率X帧长)个采样点。
[0050]相应地，每帧包含5个子帧，子帧的帧长为60个采样点，子帧的帧移为30个采样 点，此时，子帧的下标范围为1?60、31?90、61?120、91?150、121?176。
[0051]S208，利用瞬时测频算法实时测量所述子帧内的频域信号的频率值。
[0052]S209，将所述子帧的频率值依次组合为频率值串，并对所述频率值串进行滤波处理。
[0053]由于每帧的帧长为4ms，而每一超声波信号的发射持续时间为8ms，因此每两帧所 组合成的连续的10个子帧的频率值应该一致。测量出各子帧的频率值后，可对所述频率值 串进行滤波处理，排除异常值。
[0054]S210，将所述经滤波处理后的频率值串转换为二进制字符串。其中0表示20kHZ， I 表示 2IkHZ。
[0055]由于每两帧所组合成的连续的10个子帧的频率值一致，即每两帧所组合成的连 续的10个子帧共享一个频率值，提取所述频率值，将所述频率值转换为0或1，其中0表示 20kHZ, I 表示 2IkHZo
[0056]S211，提取所述二进制字符串中的设备编码及时间编码。
[0057]需要说明的是，每10个子帧可转换为一个0或I的数码，解码而成的二进制字符 串应与CRC码一致，由于CRC码由设备编码、时间编码、CRC校验值拼合而成。因此，可从所 述二进制字符串中提取出设备编码及时间编码。
[0058]S212，客户端将所述设备编码及时间编码发送至服务器。
[0059]S213，服务器根据所述设备编码查找与所述设备编码对应的超声波发射装置的位 置信息以定位出客户端的实时位置。
[0060]需要说明的是，服务器内预存储有设备编码信息表，所述设备编码信息表包括预 设设备编码及位置信息。服务器根据客户端发送的设备编码，查找设备编码信息表，查找出 与客户端发送的设备编码相匹配的预设设备编码，同时查找出位置信息以定位出客户端的 实时位置。
[0061]S214，所述服务器获取历史编码，并计算所述客户端实时发送的时间编码与历史 编码的差值。
[0062]所述历史编码为所述客户端上一次发送的时间编码。
[0063]S215，判断所述差值是否处于校验范围内。判断为是时，将所述位置信息转发至客户端。
[0064]服务器获取客户端发送的时间编码后，实时判断所述差值是否处于校验范围内。当判断出所述时间编码不处于校验范围内时，超声波信号异常，服务器判断超声波信号无 效。当判断出所述时间编码处于校验范围内时，超声波信号正常，服务器将所述位置信息转 发至客户端。
[0065]需要说明的是，时间编码采用以I为步长的自增序列，每一分钟自增1，到1000万 时，则时间编码重置为1，并重新循环。优选地，所述校验范围为[0，I]，即所述客户端实时 发送的时间编码与历史编码的差值大于等于0，且小于等于I。
[0066]由于时间编码采用二进制数表示，若服务器上一次收到客户端发送的时间编码 (即历史编码)为1，当前客户端发送的时间编码为10 (即十进制2)时，客户端实时发送的 时间编码与历史编码的差值为1，差值处于校验范围内，超声波信号正常，服务器将所述位 置信息转发至客户端。
[0067]图3是本发明一种超声波定位系统I的结构示意图，包括:
超声波发射装置2，用于根据预设的设备编码及时间编码生成并向外发送超声波信号。
[0068]需要说明的是，超声波发射装置2内预设有唯一的二进制设备编码，超声波发射 装置2可实时采集当前时间，并转换为二进制的时间编码，将所述设备编码及时间编码作 为源信息，并对所述源信息进行编码处理，生成相应的超声波信号。优选地，源信息编码后 可表示为二进制字符串，此时，当数码为0，则发送频率为20 kHZ的超声波信号；当数码为 1，则发送频率为21 kHZ的超声波信号。
[0069]客户端3，用于采集所述超声波发射装置2所发射的超声波信号，并对采集的所述 超声波信号进行解码以生成设备编码及时间编码，并发送至服务器。
[0070]优选地，客户端3可以为手机、平板电脑或笔记本电脑等移动设备。
[0071]服务器4，用于根据客户端3发送的设备编码，查找与所述设备编码对应的超声波 发射装置2的位置信息以定位出客户端3的实时位置，并根据时间编码，判断所述客户端3 采集的超声波信号是否正常，将所述位置信息转发至客户端3。
[0072]客户端3采集超声波发射装置2所发射的超声波信号后,对有效的超声波信号解 码，将不属于超声波范围的信号滤除，以减少周围环境的干扰，还原出频率为20 kHZ或21 kHZ的超声波信号。同时，将所述超声波信号转换为二进制字符串，其中0表示20kHZ，I表 示21kHZ。相应地，可从所述二进制字符串中还原出设备编码及时间编码，并发送至服务器
4。另外，服务器4内预存储有设备编码信息表，所述设备编码信息表包括预设设备编码及 位置信息。服务器4根据解码而成的设备编码，查找设备编码信息表，查找出与解码而成的 设备编码相匹配的预设设备编码，同时查找出位置信息以定位出客户端3的实时位置。同 时，服务器4根据时间编码判断超声波信号是否异常，出现异常则表示超声波可能被复制， 存在假签到的可能，若超声波信号正常，则将位置信息转发至客户端3实新客户端3的定 位。
[0073]需要说明的是，所述超声波发射装置2的数量可以为一个或多个。各超声波发射 装置2相互独立，互不影响。其中，超声波发射装置2的服务范围约为10米，当用户携带客 户端3进入超声波发射装置2的服务范围时，即可清晰地接收到超声波发射装置2所发射 的超声波信号。
[0074]优选地，超声波定位系统I还包括，用于设置所述超声波发射装2的设备编码及时 间编码的计算机。[0075]计算机通过USB接口或RS232接口与超声波发射装置2相连。用户可以根据实际 情况，利用USB接口或RS232接口建立计算机与超声波发射装置2间的连接，并通过计算机 设置超声波发射装置2的设备编码及时间编码。
[0076]图4是本发明一种超声波定位系统I中超声波发射装置2的结构示意图，包括: 编码单元21，用于根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号。
[0077]需要说明的是，编码单元21内预设有唯一的二进制设备编码，同时，编码单元21 可实时采集当前时间，并转换为二进制的时间编码，并将所述设备编码及时间编码作为源信息。
[0078]优选地，编码单元21利用CRC算法，根据设备编码及时间编码作计算出CRC校验 值，然后将设备编码、时间编码、CRC校验值拼合为二进制CRC码。二进制CRC码由O、I两 个数码表示，此时，编码单元21将所述二进制CRC码转换为超声波信号，当数码为0，则转换 为20 kHZ的超声波信号；当数码为1，则转换为21 kHZ的超声波信号。
[0079]优选地，编码单元21内设有单片机。
[0080]与所述编码单元21相连的处理单元22，用于对所述超声波信号进行滤波、放大处理。
[0081]优选地，所述处理单元22内设有带通滤波器、功率放大器。经编码单元21编码后 的超声波信号依次经过带通滤波器、功率放大器，其中，带通滤波器使用RC电路做一个高 通，再用运算放大器电路做四个二阶低通滤波器级联，以去除超声波信号的多次谐波，减少 其对脉冲信号的干扰。
[0082]与所述处理单元22相连的发射单元23，用于向外发射经所述处理单元22处理后 的超声波信号。
[0083]优选地,发射单元23内设有超声波发射头,所述处理单元22处理后的超声波信号 经超声波发射头向外发射。
[0084]图5是本发明一种超声波定位系统I中客户端3的结构示意图，包括:
采集单元31，用于采集超声波发射装置2所发射的超声波信号。
[0085]超声波发射装置2所发送的超声波信号由预设的设备编码及时间编码生成。超声 波发射装置2发射完一段有效超声波信号后，停止发射任何超声波信号，一段固定时间后， 又重新发射一段有效超声波信号，并重复以上步骤。因此，采集单元31采集超声波发射装 置2所发射的超声波信号时，需要求一次采集可以涵盖至少一段有效的超声波信号。
[0086]优选地，采集单元31利用瞬时测频算法可在短时间内获得超声波信号的频率值， 瞬时测频算法可包括:三角变换法、时频分析法和功率谱估计法。其中，三角变换法是将所 述超声波信号进行三角变换，然后使用最小二乘法等数据处理方法直接得到所述超声波信 号的瞬时频率和相位。时频分析法的基本思想是通过构建一个函数，使其能够同时使用时 间和频率的信息描述所述超声波信号的能量密度，通过这个函数可以计算某一确定的频率 和时间范围内能量的分布情况。功率谱估计法测频是通过求解所述超声波信号的功率谱来 确定信号的频率。相应地，客户端可采用以上的任意一种方法实时测量所述超声波信号的 频率值。
[0087]采集单元31利用瞬时测频算法实时测量所述超声波信号的频率值，当测量出当 前采样点的频率值为20 kHZ或21 kHZ，而前一采样点的频率值小于20 kHZ时，即表示当前采样点为超声波信息的起始点。此时，采集单元31由当前采样点开始采集超声波信号，采 集时长为一段有效的超声波信号的时长。
[0088]与所述采集单元31相连的解码单元32，用于对采集的所述超声波信号进行解码 以生成设备编码及时间编码。
[0089]解码单元32将所述采集的超声波信号划分独立的段，以段为单位，通过快速傅里 叶变换将采集单元31采集到的超声波信号时域信号转换为频域信号。利用高通滤波器滤 除频率为20kHZ以下的频域信号，将不属于超声波范围的信号滤除，以减少周围环境的干 扰。同时，将所述频域信号划分为独立的帧，每帧包含5个子帧，并利用瞬时测频算法实时 测量所述子帧内的频域信号的频率值，将所述子帧的频率值依次组合为频率值串，并对所 述频率值串进行滤波处理。将所述经滤波处理后的频率值串转换为二进制字符串，其中0 表示20kHZ，I表示21kHZ，并提取所述二进制字符串中的设备编码及时间编码。
[0090]与所述解码单元32相连的发送单元34，用于将所述解码单元32生成的设备编码 及时间编码发送至服务器4。
[0091]图6是本发明一种超声波定位系统I中服务器4的结构示意图，包括:
定位单元41，用于根据所述设备编码查找与所述设备编码对应的超声波发射装置2的 位置信息以定位出客户端3的实时位置。
[0092]定位单元41内存储有设备编码信息表，所述设备编码信息表包括预设设备编码 及位置信息。定位单元41收到客户端3发送的设备编码后，查找设备编码信息表，查找出 与解码而成的设备编码相匹配的预设设备编码，同时查找出位置信息以定位出客户端3的 实时位置。
[0093]检测单元42，用于根据所述时间编码，判断所述超声波信号是否正常。
[0094]需要说明的是，当检测单元42判断出所述时间编码不处于校验范围内时，超声波 信号异常，服务器判断超声波信号无效。当判断出所述时间编码处于校验范围内时，超声波
"[目号正常。
[0095]需要说明的是，时间编码采用以I为步长的自增序列，每一分钟自增1，到1000万 时，则时间编码重置为1，并重新循环。优选地，所述校验范围为[0，I]，即所述客户端3实 时发送的时间编码与历史编码的差值大于等于0，且小于等于I。
[0096]由于时间编码采用二进制数表示，若检测单元42判断出当前客户端3实时发送的 时间编码与上一次收到客户端3发送的时间编码(即历史编码)的差值处于校验范围内，则 超声波信号正常。
[0097]与所述定位单元41及检测单元42相连的转发单元43，用于当检测单元42检测出 所述超声波信号正常时，将所述位置信息转发至客户端3。
[0098]由上可知，超声波发射装置2上的编码单元21利用CRC算法，根据预设的设备编 码及时间编码生成CRC码，并转换为响应的超声波信号。处理单元22对所述超声波信号进 行滤波、放大处理，去除超声波信号的多次谐波，减少其对脉冲信号的干扰，并通过发射单 元23上的超声波发射头向外发射经所述处理单元22处理后的超声波信号。客户端3上的 采集单元31利用瞬时测频算法准确地判定超声波信号的起始位置，及时采集超声波信号。 编码单元32采用快速傅里叶变换，将超声波信号由时域信号转换为频域信号，并有效地滤 除多余的频域信号，高效、快速、准确地还原出超声波发射装置2所发射的超声波信号。同时，将还原后的超声波信号转换为二进制字符串，提取并发送其中的设备编码及时间编码 至服务器4。通过服务器4查找所述设备编码所对应的超声波发射装置的位置信息，并判断 超声波信号是否异常，当服务器4判断出超声波信号正常时，将位置信息转发至客户端3以 实现客户端3实时位置的准确定位。
[0099]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种超声波定位方法，其特征在于，包括:超声波发射装置根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号，并发送所述超声波信号;客户端采集超声波发射装置所发射的超声波信号； 客户端对采集的所述超声波信号进行解码以生成设备编码及时间编码，并发送至服务器；服务器根据所述设备编码查找与所述设备编码对应的超声波发射装置的位置信息以定位出客户端的实时位置；服务器根据所述时间编码，判断所述超声波信号是否正常，判断为是时，将所述位置信息转发至客户端。
2.如权利要求1所述的超声波定位方法，其特征在于，所述超声波发射装置根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号的步骤包括:根据预设的设备编码及时间编码，通过CRC算法，计算CRC码；将所述CRC码转换为超声波信号，其中20kHZ表示0，21kHZ表示I。
3.如权利要求1所述的超声波定位方法，其特征在于，所述服务器根据所述时间编码， 判断超声波信号是否正常的步骤包括:所述服务器获取历史编码，并计算所述客户端实时发送的时间编码与历史编码的差值，所述历史编码为所述客户端上一次发送的时间编码；判断所述差值是否处于校验范围内，判断为是时，超声波信号正常，判断为否时，超声波信号异常。
4.如权利要求1所述的超声波定位方法，其特征在于，所述客户端采集超声波发射装置所发射的超声波信号的步骤包括:客户端利用瞬时测频算法实时测量所述超声波信号的频率值；判断所述频率值所对应的采样点是否为超声波信号的起始点，判断为是时，客户端采集所述超声波信号。
5.如权利要求4所述的超声波定位方法，其特征在于，所述客户端对采集的超声波信号进行解码以生成设备编码及时间编码的步骤包括:将所述采集的超声波信号划分为独立的段，每段为32ms ；通过快速傅里叶变换将每段超声波信号由时域信号转换为频域信号，并滤除频率为 20kHZ以下的频域信号；将所述频域信号划分为独立的帧，每帧包含5个子帧；利用瞬时测频算法实时测量所述子帧内的频域信号的频率值；将所述子帧的频率值依次组合为频率值串，并对所述频率值串进行滤波处理；将所述经滤波处理后的频率值串转换为二进制字符串，其中O表示20kHZ，l表示 2IkHZ ；提取所述二进制字符串中的设备编码及时间编码。
6.如权利要求1所述的超声波定位方法，其特征在于，所述超声波发射装置根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号的步骤之前还包括:所述超声波发射装置通过计算机预设设备编码及时间编码。
7.一种超声波定位系统，其特征在于，包括:超声波发射装置，用于根据预设的设备编码及时间编码生成并向外发送超声波信号； 客户端，用于采集所述超声波发射装置所发射的超声波信号，并对采集的所述超声波信号进行解码以生成设备编码及时间编码，并发送至服务器；服务器，用于根据客户端发送的设备编码查找与所述设备编码对应的超声波发射装置的位置信息以定位出客户端的实时位置，并根据时间编码，判断所述客户端采集的超声波信号是否正常，将所述位置信息转发至客户端。
8.如权利要求7所述的超声波定位系统，其特征在于，所述超声波发射装置包括:编码单元，用于根据预设的设备编码及时间编码生成超声波信号；与所述编码单元相连的处理单元，用于对所述超声波信号进行滤波、放大处理；与所述处理单元相连的发射单元，用于向外发射经所述处理单元处理后的超声波信号。
9.如权利要求7所述的超声波定位系统，其特征在于，所述客户端包括:采集单元，用于采集超声波发射装置所发射的超声波信号；与所述采集单元相连的解码单元，用于对采集的所述超声波信号进行解码以生成设备编码及时间编码；与所述解码单元相连的发送单元，用于将所述解码单元生成的设备编码及时间编码发送至服务器。
10.如权利要求7所述的超声波定位系统，其特征在于，所述服务器包括:定位单元，用于根据所述设备编 码查找与所述设备编码对应的超声波发射装置的位置信息以定位出客户端的实时位置；检测单元，用于根据所述时间编码，判断所述超声波信号是否正常；与所述定位单元及检测单元相连的转发单元，用于当检测单元检测出所述超声波信号正常时，将所述位置信息转发至客户端。
【文档编号】G01S1/74GK103592618SQ201210287800
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月14日 优先权日:2012年8月14日
【发明者】许可 申请人:广州光点信息科技有限公司