1.一种基于麦克风非线性特性的无声室内多目标定位方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤(1)、在待定位的目标区域设置多个用于接收声音信号的接收设备,接收设备的数量按照不少于每4平方米一个接收设备的标准确定,各个接收设备间能相互通信且同步,每个接收设备中配备有用于接收声音信号的普通麦克风,将目标区域中接收设备的数量记为N,对N个接收设备按照序号1‑N随机进行排序,排在第n位的接收设备为第n个接收设备,其序号为n,n=1,2,…,N;
步骤(2)、以目标区域左上角为原点,东方向为x轴正半轴,南方向为y轴正半轴,建立空间直角坐标系,根据建立好的直角坐标系,分别确定目标区域内N个接收设备的坐标,将第n个接收设备的坐标记为(Xn,Yn);
步骤(3)、将目标区域内待定位目标设备的数量记为M,对M个目标设备按照序号1‑M随机进行排序,排在第m位的目标设备为第m个目标设备,其序号为m,m=1,2,…,M,为每一个目标设备分别配备一个扬声器以及分配一个基带信号频率,第m个目标设备的基带信号频率为(100m)Hz;
步骤(4)、在对目标区域内M个目标设备进行定位时,首先由系统控制终端广播定位请求至目标区域,M个目标设备收到定位请求后,分别通过其配备的扬声器发送相应的定位声波信号,将第m个目标设备发送的定位声波信号记为Sm,Sm=1.5cos(2π20000t)(1+cos(2π
100mt)),定位声波信号Sm的时间长度为1秒,定位声波信号Sm的幅值为1.5V,载波频率为
20kHz,人耳不能听到,t为时间长度内的时域时间,cos表示余弦函数;
步骤(5)、M个目标设备所发送的定位声波信号S1~SM在目标区域空间中叠加传播,每个接收设备的麦克风分别接收到传播至其处的目标声波信号,每个接收设备接收到的目标声波信号或者为一个单独的定位声波信号或者为至少两个定位声波信号叠加后形成混合信号,每个接收设备先分别对其接收到的目标声波信号进行快速傅里叶变换(FFT),得到目标声波信号的频谱图,然后从目标声波信号的频谱图中提取低频基带信号,再从低频基带信号中获取每个目标设备的基带信号频率出现的时间和信号强度,将第n个接收设备获取的第m个目标设备的基带信号频率(100m)Hz出现的时间记为τnm,信号强度记为αnm,当第n个接收设备处理得到的低频基带信号中不存在第m个目标设备的基带信号频率(100m)Hz时,此时τnm=0,且αnm=0,第n个接收设备将其处M个目标设备的基带信号频率(100m)Hz出现的时间和信号强度记录成时间向量Tn和信号强度向量An,并发送给系统控制终端,其中Tn=[τn1,τn2,…τnM],An=[αn1,αn2,…,αnM];
步骤(6)、系统控制终端将接收到N个时间向量T1~TN和N个信号强度向量A1~AN,然后采用N个时间向量T1~TN构成接收时间矩阵T,N个信号强度向量A1~AN构成接收强度矩阵A,其中
步骤(7)、从接收强度矩阵A的每一列元素中分别选取最大的三个信号强度,并从接收时间矩阵选取这最大的三个信号强度对应的时间,其中,第m列中最大的三个信号强度按照从大到小的顺序分别为 和 中的下标mmax3、 中的下标mmax2以及 中的下标mmax1的取值分别对应为接收设备的编号, 对应的时间为 对应的时间为 对应的时间为
采用 和 组成用于定位的定位矩阵L0,定位矩阵L0为M×3维矩阵,
步 骤 ( 8) 、根 据 定 位 矩阵 L 0 得 到 到 达 时 间 差 ( TD o A ) 矩 阵 L ′,步骤(9)、将第m个目标设备的定位坐标设定为(xm,ym),构建如下式(1)所示的二次方程:
式(1)中,C为声音的传播速度,C=340m/s, 为第mmax1个接收设备的横坐标,为第mmax1个接收设备的纵坐标, 为第mmax2个接收设备的横坐标, 为第mmax2个接收设备的纵坐标, 为第mmax3个接收设备的横坐标, 为第mmax3个接收设备的纵坐标,L′(m,1)表示时间差矩阵L′中第m行第1列的元素,L′(m,2)表示时间差矩阵L′中第m行第2列的元素,L′(m,3)表示时间差矩阵L′中第m行第3列的元素;
步骤(10)、对二次方程(1)进行求解,得到xm,ym;(xm,ym)即为第m个目标设备的坐标,从而完成第m个目标设备的定位。