基于声音的高精度距离与速度估计方法*

张 磊,何永刚,胡志新,范茂军

(1.长安大学,陕西 西安 710064；2.中国电子科技集团公司第三研究所,北京 100846)

0 引 言

声技术具有定位精度高、成本低、兼容性好、通用性和普适性强等优点,成为实现智能移动终端室内定位与导航[1,2]最有潜力的解决方案之一。国内外学者基于声技术开发出了许多原型系统[3],基于距离的定位方法和系统是精度最高、稳定性最好的一类。目标和基站(也称为信标)之间的距离估计精度决定了该类方法定位性能的上限,基站的部署密度决定其定位性能的下限。由于声信号的穿透能力较弱,遮挡(也称为非视距)现象就成为该类技术在实际场景中所面临的最大挑战。

在基站部署密度不变的情况下,通过引入目标的运动速度信息,可以增加目标位置估计所需的信息量,进而能够有效地提高系统的定位精度和稳定性。Liu R R和张磊分别于2017年和2019年提出了基于距离及速度的遮挡定位方法,使得声音室内定位系统在少量视距量测情况下,仍能保持较高的定位性能[4,5]。因此,高精度的距离和速度信息就成为基于声技术在复杂室内和遮挡环境中实现高精度定位的关键。

当前针对距离和速度同时测量的研究主要集中在伽利略卫星定位[6]、毫米波雷达和激光雷达领域。在声学领域中,主要依靠超声波的回波测距和距离变化来进行距离和速度的估计[7,8]。在室内定位领域,基于24 kHz以内的声信号进行距离及速度的估计方法在当前文献中尚未见报道。……