專利名稱：用于定位至少一個對象的方法和裝置的制作方法
用于定位至少一個對象的方法和裝置本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和一種具有權(quán)利要求14的特征的裝置。在許多領(lǐng)域都必要的是，要在自由空間中或者也要在封閉的空間中定位對象， 尤其是移動設(shè)備。定位在此可理解為，確定對象彼此間的空間關(guān)系和/或?qū)ο笙鄬τ趨?照系(如固定的空間)的空間關(guān)系。清楚的是，這也包括定位的混合形式，在這些混合形式中例如確定第一移動設(shè) 備相對于固定的參照系的位置并且接著確定另外的移動設(shè)備相對于第一移動設(shè)備的位 置。例如，重要的也可以是只確定對象(例如兩個移動設(shè)備)彼此間的距離。
在US 6941246B1中公開了例如一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中移動設(shè)備自己發(fā)出聲學(xué)信 號，以允許對移動設(shè)備定位。在US 6792118B1中公開了例如一種系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)可以確定在兩個麥克風(fēng)之 間的接收時的時間差。在US 2006/0077759中公開了例如一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中使用了不同的發(fā)送器 和接收器。然而，通過已知的方法和裝置不可能在對象例如本身不發(fā)出信號的情況下對對 象彼此間和/或相對于固定的參考系的復(fù)雜布置進(jìn)行定位?；诒景l(fā)明的任務(wù)是提出一種方法，借助其可以靈活地定位，尤其是自定位。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法來解決。通過至少一個對象的麥克風(fēng)裝置來接收至少一個聲源的至少一個聲學(xué)信號。通 過數(shù)據(jù)處理裝置自動地根據(jù)預(yù)先給定的標(biāo)準(zhǔn)在至少一個聲學(xué)信號的時間變化曲線中搜索 至少一個圖案，并且根據(jù)圖案的接收借助時間同步來進(jìn)行至少一個對象的定位。在此，至少一個圖案是至少一個聲學(xué)信號的開端，或者至少一個圖案具有至少 一個聲學(xué)信號的開端。數(shù)據(jù)處理裝置可以是分布式系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以全部設(shè)置在對象外，該系統(tǒng)可以 部分獨立地部分設(shè)置在對象中，或者該系統(tǒng)可以完全設(shè)置在對象中，使得對象彼此間交 換數(shù)據(jù)。由此，可能的是，僅基于接收帶有圖案的聲學(xué)信號來定位至少一個對象。盡管該方法可針對靜止的對象來應(yīng)用，但有利的是，至少一個對象構(gòu)建成移動 設(shè)備。由此也可以定位運動的或可運動的對象或者設(shè)備。也有利的是，相對于至少一個聲源、相對于固定的坐標(biāo)系或相對于至少一個另 外的對象來進(jìn)行至少一個對象的定位。有利的是，至少一個圖案是至少一個聲學(xué)信號的開端，即在前的相對安靜的階 段之后的聲壓變化和/或突然的音強(qiáng)變化和/或基于多普勒效應(yīng)生成的信號。對這些圖 案共同的是，它們可從更為復(fù)雜的聲學(xué)信號中提取。此外，有利的是，基于至少一個聲學(xué)信號的與該聲學(xué)信號的傳播路徑無關(guān)的特 性對至少一個圖案進(jìn)行搜索。此特性的例子例如是隨時間變化的信號的過零。基本上，聲學(xué)信號的頻率和波形相對與傳播路徑無關(guān)。在尋找圖案中應(yīng)當(dāng)發(fā)現(xiàn)的是，存在對定位 對象可能可用的信號圖案。為了確定傳播時間差，必須將信號圖案根據(jù)其起源來分組。 對此，使用過零和/或其他特性來分組所找到的開端。已知的是，兩個所找到的開端很 可能由同樣的聲學(xué)信號引起，這樣可以借助于傳播時間差向下估計距離。說明如下形 式兩個麥克風(fēng)之間的距離除以傳播時間差至少等于傳播速度。 在另一有利的擴(kuò)展方案中，借助數(shù)據(jù)處理裝置對到達(dá)至少一個對象的至少一個 聲學(xué)信號進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，用以確定對象的最可能的位置和/或至少兩個對象的最可能 的位置。由此，即使在有噪聲的信號的情況下也可以進(jìn)行位置確定。統(tǒng)計學(xué)分析的有利 可能性包括對距離測量的分級(Klasseneinteilung)的分析。在本發(fā)明的另一有利的擴(kuò)展方案中，通過頻率分析、借助占主導(dǎo)地位的頻率、 依據(jù)至少一個聲學(xué)信號(2)的幅度、基于過零的數(shù)目、通過至少一個聲學(xué)信號(2)的波形 和/或運行長度編碼(Lauflaengencodierang)來識別和/或特征化至少一個圖案。這些參 數(shù)很適合于確定或特征化聲學(xué)信號內(nèi)的圖案。有利地，根據(jù)至少一個圖案抵達(dá)的時間數(shù)據(jù)和由此得到的在至少兩個對象的情 況下不同的傳播時間自動地確定至少兩個對象之間的距離。該方法基本上也可以同時應(yīng) 用于多于兩個的對象上。在另一有利的擴(kuò)展方案中，通過數(shù)據(jù)處理裝置自動地確定多個對象彼此間的相 對空間位置和/或多個對象在參考系中的絕對空間位置。因此，可以進(jìn)行對象之間的定 位，但是也可以進(jìn)行參考系中的定位。這些方法的組合也是可能的，使得形成大的靈活 應(yīng)用。此外，有利的是，至少一個聲學(xué)信號的和/或至少一個對象的至少一個的源通 過時間同步，尤其是通過無線電信號來耦合。由于聲學(xué)信號的傳播與周圍介質(zhì)的溫度有關(guān)，所以有利的是，數(shù)據(jù)處理裝置確 定至少一個聲學(xué)信號的溫度相關(guān)性。這在對象例如與空氣有接觸時例如可以通過測量空 氣溫度來實現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，至少一個對象構(gòu)建為移動 電話或便攜計算機(jī)。例如也可能的是，將不同種類的對象相對于彼此和/或相對于參考 系定位。該任務(wù)也通過具有權(quán)利要求0的特征的裝置來解決。以下參照針對多個實施例的附圖的視圖來詳細(xì)地闡述本發(fā)明。其中

圖1示出了定位兩個移動設(shè)備的示意圖；圖2示出了聲學(xué)信號中的圖案的示意圖；圖2A示出了聲學(xué)信號的分類器的示意圖；圖3示出了用于確定特征距離等級的柱狀圖；圖4示出了幅度近似的示意圖；圖5示出了過零的示意圖；圖6示出了運行長度編碼的示意圖；圖7示出了兩個對象之間的距離估計的品質(zhì)的示意圖。在下面示出了不同的應(yīng)用例子，在這些應(yīng)用例子中進(jìn)行移動設(shè)備10、11之間的定位。原則上，本發(fā)明也可用于定位靜止的對象10、11，使得下面的例子的描述能夠不 受局限地理解。借助定位在此尤其也可以進(jìn)行對象或者移動設(shè)備的自定位。
在圖1中示意性地示出了兩個移動設(shè)備10、11，其在本實施例中構(gòu)建為移動電 話。原則上，移動設(shè)備10、11是自主系統(tǒng)，其例如可以由用戶攜帶或者其也可以自主地 運動，如例如在車間中的機(jī)器人。兩個移動設(shè)備10、11所位于的空間出于簡化的原因在此縮減到兩維，使得移動 設(shè)備10、11的每個的位置可以通過坐標(biāo)(Xl，y)來描述。在此情況下，移動設(shè)備10、11 間的距離用A表示。原則上，移動設(shè)備10、11也可以在三維空間中運動，使得設(shè)備的位置通過坐標(biāo) (Xi, y；, ζ；)來描述。移動設(shè)備10、11具有麥克風(fēng)設(shè)置1，通過麥克風(fēng)從環(huán)境中接收聲學(xué)信號2。在 圖1中示出了發(fā)射這種聲學(xué)信號2的聲源3。聲學(xué)信號應(yīng)理解為壓力波動形式的信號，聲 波以壓力波動傳播。在下面的例子中，介質(zhì)是空氣，其中原則上在液態(tài)介質(zhì)(例如水) 中的對象的定位也是可能的。在知道傳播速度的情況下也可以越過相界來進(jìn)行定位。在 此，聲學(xué)信號不僅理解為可聽見的頻率范圍(約16Hz到20,000Hz)中的信號，而且聲學(xué) 信號可以具有在次聲范圍和/或超聲范圍中的成分。聲源3不必形成為使得其必須構(gòu)建為用于發(fā)射聲學(xué)信號。例如足夠的是，兩個 移動設(shè)備10、11在不同的時間記錄大聲的、持續(xù)相對短的噪聲或者聲學(xué)信號2的突然變 化。當(dāng)兩個移動設(shè)備10、11設(shè)置在一個空間中時，例如記錄走動的人的腳步聲就夠了。 由此變得明顯的是，至少一個聲源3不必是靜止的。聲學(xué)信號2中的圖案5的形式由兩個移動設(shè)備10、11基本上相同(也許不同地) 受噪聲影響或者被不同地記錄，僅在不同的時間。在圖1中出于清楚的原因僅僅示出了一個聲源3，其中下面所描述的對移動設(shè)備 10、11的定位也借助多個聲源3來運行。如后面會變得清楚的那樣，聲源3不必是靜止的，而是其也可以在空間中運 動。移動設(shè)備10、11的麥克風(fēng)裝置1接收聲學(xué)信號2。由于移動設(shè)備10、11距聲 源距離不同，所以由于不同的傳播時間它們在不同的時間記錄確定的聲學(xué)信號。在圖2 中示意性地關(guān)于時間t繪制了聲學(xué)信號2的聲壓ρ。聲壓直至?xí)r刻^是比較低的。聲壓 ρ在時刻^之后顯著更高。人將該變化覺察為從“小聲”到“大聲”的突然變化。因 此，聲學(xué)信號2包含圖案5，即聲壓ρ的標(biāo)明為開端(Onset)的轉(zhuǎn)換)。在此，可以限定 聲學(xué)信號2的閾值，對該閾值的超過或低于導(dǎo)致計數(shù)器針對開端(Onset)置位(einsetzt)。因此可以通過對觸發(fā)信號的計數(shù)來記錄對閾值的超過或低于，使得圖案5可以 特征化。在圖2A中示出了這種借助閾值對聲學(xué)信號的分級。在圖2A中示出了作為聲 學(xué)信號2的聲壓曲線，其以不規(guī)則距離穿越上閾值和下閾值。閾值之間的聲壓位于灰色 表示的區(qū)域中。由此，聲學(xué)信號2的簡單數(shù)字化是可能的。閾值之間的區(qū)域可以解釋為
“相對安靜”。閾值外的區(qū)域可以解釋為“相對嘈雜”。麥克風(fēng)裝置1記錄聲壓ρ在不同時間的變化。原則上，音調(diào)、噪聲、音調(diào)圖案和/或噪聲圖案可以用作開端，其來自于對象的環(huán)境，即環(huán)境噪聲和/或環(huán)境音調(diào)。當(dāng)分析圖案5(來自環(huán)境的噪聲或音調(diào))時，無需自身的能量來產(chǎn)生定位信號，這引起能量節(jié)約。原則上也可能的是，將其他參數(shù)用于識別和/或特征化圖案5。為此，可以借助 傅里葉分析來確定占主導(dǎo)地位的頻率。也可以確定幅度的特性或過零的數(shù)目(也參見圖 5)。另一參數(shù)，運行長度編碼(Run Length Encoding)可以用于識別圖案5。運行長度編碼被考慮用于描述所找到的開端的(也或者其他類型的聲音事件或 者圖案的)開始段。該描述(或者特征化)應(yīng)該與所找到的信號的幅度無關(guān)地進(jìn)行，以 便補(bǔ)償至該裝置的各個麥克風(fēng)的不同的運行長度并且因此補(bǔ)償?shù)竭_(dá)那里的信號的不同的 首強(qiáng)。在圖1中示出了數(shù)據(jù)處理裝置4的外部部分，該部分為移動設(shè)備10、11提供時 間同步6。移動設(shè)備10、11中的數(shù)據(jù)處理裝置7的內(nèi)部部分自動地在達(dá)到的聲學(xué)信號中 搜索圖案5，圖案可以提供關(guān)于移動設(shè)備10、11相對于聲源3的相對位置的說明。數(shù)據(jù) 處理裝置4，7的何種功能構(gòu)建在移動設(shè)備10、11外部或者構(gòu)建在移動設(shè)備10、11內(nèi)取 決于用途。原則上可能且也有利的是，整個數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)置在一個或多個對象中，尤 其是設(shè)置在移動設(shè)備10、11中，其彼此間交換數(shù)據(jù)?；跁r間同步6(例如通過無線電波)可以計算移動設(shè)備10、11距聲源3的距 離。信號2的發(fā)射時間(開始時間)和/或到達(dá)時間可以用于計算。當(dāng)聲源3的位置已 知時，可以對移動設(shè)備10、11進(jìn)行更精確的定位。在上面的例子中，圖案5包含在聲壓曲線中。原則上，圖案5也可以由聲學(xué)信 號的其他參數(shù)形成，譬如頻率、幅度或者波形。圖案5也可以基于由于運動(多普勒效 應(yīng))而形成的頻率變化。這些特征的組合也可以形成圖案5。因此，圖案5是一個信號， 其嵌在聲學(xué)信號2中但可以根據(jù)確定的、預(yù)先給定的標(biāo)準(zhǔn)與聲學(xué)信號2的其他部分區(qū)分。 這類圖案也與聲學(xué)信號2的傳播路徑無關(guān)。原則上，聲學(xué)信號的頻率和波形與傳播路徑 有關(guān)地不改變或者改變很少。一種可能性在于借助于傅里葉分析(尤其是FFT)來確定占主導(dǎo)地位的頻率。在圖4中示出了檢測幅度(即波形的標(biāo)準(zhǔn))的例子。在圖4的上部示出了聲學(xué) 信號2，相同寬度的窗口連續(xù)地施加到該信號上。窗口的高度等于窗口中的聲學(xué)信號的最 大幅度加上最小幅度。信號的幅度可以通過可簡單計算的尺度以簡單方式來近似。高度 在信號下面以條形圖形式示出。在下方的表中示出了幅度近似的值和相對于最大可能的 幅度單位為負(fù)分貝的所測量的幅度的值。在圖5中示出了如何能夠通過過零的分析來特征化聲學(xué)信號2。在圖5中示出 了通過垂直虛線示出的12個過零。過零適于特征化聲學(xué)信號，因為過零的數(shù)目與距離無關(guān)。在圖6中示出了信號2的傳播時間編碼，其已在圖2A中示出。信號2通過傳播 時間編碼來離散化，以便其可以以存儲器有效率的方式發(fā)送。圖形下面的數(shù)字說明信號 在哪些時間段停留在其閾值以外或閾值以內(nèi)。信號2被標(biāo)準(zhǔn)化，以使其盡可能與例如可 以來自不同的麥克風(fēng)特征的幅度差無關(guān)。通過標(biāo)準(zhǔn)化可以取消對可能的空間地分布的麥 克風(fēng)的音強(qiáng)校準(zhǔn)。聲學(xué)信號的特征化的可能性可以單獨地或者也可以組合地使用。
借助聲學(xué)信號中的每兩個所確定的圖案5(相同來源的開端)之間的所測量的時 間差來確定移動設(shè)備10、11之間的距離估計的最小值(Wegmm),該最小值向下估計兩個 麥克風(fēng)裝置之間的距離A。這些值隨后稱作最小距離估計并且通過下面的式子來計算WegMm =聲速 * I (TOA1-TOA2) |其中WegMm :兩個移動設(shè)備10、11 之間的距離的最小值聲速聲學(xué)信號2在空氣中的傳播速度TOAl 聲學(xué)信號2至第一移動設(shè)備10的到達(dá)時間TOA2 聲學(xué)信號2至第二移動設(shè)備11的到達(dá)時間由此，兩個移動設(shè)備10、11之間的距離至少與最小距離估計一樣大。按類似方 式在靜止的對象10、11的情況下也可以進(jìn)行。這樣確定的最小距離估計被存儲用于數(shù)據(jù)處理裝置4、7的后面的處理。下面闡述了圖案5的信息可以如何進(jìn)一步使用在移動設(shè)備10、11的定位的領(lǐng)域 中。在此，一點是必須比較兩個所記錄的圖案5，由此可以確定相同的圖案5被不 同的設(shè)備10、11接收。當(dāng)例如要比較的圖案5具有四個占主導(dǎo)地位的頻率時，則四個頻率的能量被標(biāo) 準(zhǔn)化，以使得圖案5可比較。然后，進(jìn)行圖案5與各個頻率的相關(guān)。接著，可以計算針 對標(biāo)準(zhǔn)化的能量差的尺度。如果事先針對尚可接受的差確定閾值，則可以自動地確定圖 案5在定義的范圍中是否相一致。類似地，即借助于幅度的標(biāo)準(zhǔn)化和比較，可以處理結(jié)合圖4所示的幅度近似， 以使能夠?qū)崿F(xiàn)在所接收的圖案5之間進(jìn)行比較。原則上，也可以使用運行長度編碼。為了比較聲學(xué)信號2的到達(dá)時間，不同的麥克風(fēng)裝置1或移動設(shè)備10、11的各 個圖案識別的時間必須是可比較的。為了保證時間上的可比較性，借助合適的時間同步 6為移動設(shè)備10、11建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)時間。原則上，也可能的是，隨后建立測量結(jié)果的 時間上的可比較性。這例如在事后時間同步(POst-Facto Time Synchronisation)的框架下 是可能的。各個移動設(shè)備10、11的時間同步6例如可以借助用作時間參考的無線電信號來 實現(xiàn)。然而，具有足夠的時間精度的任何其他類型的時間同步6也可以用于此目的。通過聲速的知識和各個參與的移動設(shè)備10、11的(或靜止的對象10、11)的采 樣時間的可比較性可以進(jìn)行所描述的對移動設(shè)備10、11之間的最小距離估計的計算。為 此假設(shè)始終恒定的聲速(Cuift),其可通過空氣溫度的知識而足夠精確地估計。為估計空 氣(在-20°到40°之間的范圍中)中的聲速可以使用下面的式子CLuft = 331.3+ (0.6 * Temperature (溫度)Luft) [m *CLuft 以[m * s—1]為單位所測量的空氣中的聲速Temperature(溫度以攝氏度為單位的空氣溫度當(dāng)移動設(shè)備10、11的至少一個具有溫度計裝置時，則可以確定對計算聲速所需 的溫度。否則，可以借助經(jīng)驗值來確定為此所需的溫度。
因此，在 時間過程中形成一系列被存儲的最小距離估計。針對每對要定位的移 動設(shè)備10、11(或者靜止的對象10、11)于是可以考慮所有這些最小距離估計，以確定兩 個移動設(shè)備10、11之間的距離。在此，假設(shè)移動設(shè)備10、11的位置約等于相應(yīng)的移 動設(shè)備10、11的麥克風(fēng)裝置1的位置。每兩個移動設(shè)備10、11之間的距離的總估計隨 后稱為總距離估計?？偩嚯x估計的可能性通過所測量的圖案5的統(tǒng)計學(xué)分析形成，例如通過分析對 每兩個對象10、11的所有最小距離估計的柱狀圖。這樣，確定柱狀圖的最大距離等級， 其具有顯著的相關(guān)性(Relevanz)。以下，該距離等級稱為特征距離等級。圖3示出了分別具有IOcm的固定等級寬度的這種柱狀圖。兩個移動設(shè)備10、11之間的實際距離在該例子中為1.6m。 最大頻率 (Haeufigkeit)為26并且由聚集在1.5m到1.6m之間的最小距離估計的等級引起。該距離 等級在此情況下同時是特征距離等級。在圖3中，所有聚集更大距離的最小距離估計的 距離等級具有比最大頻率小很多的頻率。因此，距離等級獲得更低的相關(guān)性并且并不視 為特征距離等級。柱狀圖的右邊緣上的離群值是測量不精確性或其他缺陷(例如特征化 時的誤差或者比較開端時的誤差)的結(jié)果。通過這種統(tǒng)計學(xué)分析在有噪聲的環(huán)境的情況下也可以進(jìn)行可靠的定位。柱狀圖的等級寬度(單位為米)根據(jù)任務(wù)而合適地確定。這樣生成的柱狀圖的 等級的相關(guān)性取決于最小距離估計的頻率。在確定每兩個移動設(shè)備10、11之間的距離的總估計的情況下，帶有較高的距 離估計的等級比帶有較低的距離估計的等級被優(yōu)先處理，其方式是它們獲得較高的相關(guān) 性。因此，算法可以確定任一柱狀圖的特征距離等級。為了找到柱狀圖的特征距離等級，尋找如下距離等級，其聚集兩個要定位的移 動設(shè)備10、11之間的最大的最小距離估計并且同時還具有至少一個事先定義的、針對每 兩個對象10，11的所有最小距離估計的柱狀圖的最大頻率的分?jǐn)?shù)(Brachteil)。作為該 分?jǐn)?shù)的例子，確定最大頻率的四分之一的頻率。因此，距離等級的相關(guān)性可以通過以米 為單位的距離等級的上邊界根據(jù)相應(yīng)的距離等級是否還具有相關(guān)的頻率來確定。如果距 離等級具有比所要求的最大頻率的分?jǐn)?shù)更低的頻率，則該距離等級具有為0的最低相關(guān) 性。除了總距離估計之外，可以確定總距離估計的品質(zhì)。該品質(zhì)估計這樣獲得的總 距離估計對于隨后的拓?fù)鋵W(xué)重建過程(即移動設(shè)備10、11的定位)可靠性或說服力如 何。兩個或更多個移動設(shè)備10、11之間的總距離估計的品質(zhì)取決于最小距離估計的量的 設(shè)計(Gestalt)。在多于兩個對象10、11的情況下，使用對于對象10、11之間的距離合 適的標(biāo)準(zhǔn)，譬如各個品質(zhì)的最小值。定義邊界值，該邊界值確定從何時起總距離估計具有足夠的品質(zhì)。以下，總距 離估計的品質(zhì)稱作估計品質(zhì)。不同的啟發(fā)適于確定估計品質(zhì)?？赡艿氖?，根據(jù)最小距離估計的數(shù)目來定義估計品質(zhì)。為此需要如下邊界值， 該邊界值說明多少最小距離估計對于滿估計品質(zhì)是必要的。下面的式子說明可以如何計 算估計品質(zhì)。如果數(shù)目(最小距離估計)<邊界值
=> Gcrenzwert=數(shù)目(最小距離估計)/邊界值如果數(shù)目(最小距離估計) >=邊界值=> G0renzwert = 1其中G0renzwert 借助與最小距離估計的數(shù)目相關(guān) 的邊界值確定總距離估計的品質(zhì)數(shù)目(最小距離估計)最小距離估計的數(shù)目Grenzwert 要確定的邊界值總距離估計的品質(zhì)也可以通過柱狀圖的構(gòu)造來定義，柱狀圖為此目的由最小距 離估計的子集生成。為此所考慮的現(xiàn)有最小距離估計的子集通過所有屬于特征距離等級 或者在其距離估計中更小的最小距離估計確定。具有N個等級的柱狀圖由最小距離估計 形成。在此情況下，等級寬度確定為使得具有最高值的最小距離估計正好還分類至上一 等級中。這樣形成的柱狀圖與參考柱狀圖相比較。參考柱狀圖是具有N個等級的、期望 的完美柱狀圖，其假設(shè)聲源均勻分布。此外，期望的參考柱狀圖被縮放，使得最高等級 具有與生成的柱狀圖一樣的頻率。所有偏差之和除以最大可能的偏差得到總距離估計的 品質(zhì)。最大偏差是事先被縮放的、期望的參考柱狀圖的所有頻率之和。可以以多種方式來使用估計品質(zhì)。例如，估計品質(zhì)可以用于忽略總距離估計， 只要總距離估計具有不足夠的品質(zhì)。另一可能性是將品質(zhì)考慮為拓?fù)鋵W(xué)重建(即定位) 的相關(guān)性?？赡艿氖牵ㄟ^模型來模擬移動設(shè)備10、11的定位，在該模型中將設(shè)備10、11 假設(shè)為通過彈簧相連的質(zhì)量。估計品質(zhì)可以被這樣的“質(zhì)量-彈簧”-模擬用于定義與 所引起的總距離估計的品質(zhì)成比例的、各個彈簧的強(qiáng)度。這樣，低品質(zhì)的總距離估計比 具有更高品質(zhì)的總距離估計對拓?fù)鋵W(xué)重建的結(jié)果的影響小。接下來借助于合適的方法可以確定麥克風(fēng)裝置1彼此間的相對位置圖 (Lagebild)。對于基于總距離估計計算麥克風(fēng)裝置1或者移動設(shè)備10、11的相對位置合適 的方法可以是例如質(zhì)量-彈簧-模擬或者“多維縮放”。在質(zhì)量_彈簧-模擬的情況下 各個移動設(shè)備10、11以點質(zhì)量來表現(xiàn)。每個現(xiàn)有的總距離估計導(dǎo)致兩個點質(zhì)量之間的帶 有總距離估計的長度的彈簧，其點質(zhì)量代表移動設(shè)備10、11。各個彈簧的能量反復(fù)地最 小化，直至建立穩(wěn)定平衡。最后的穩(wěn)定配置又被解釋為移動設(shè)備10、11的相對位置圖。如果可由此得到移動設(shè)備10、11位于同一平面中，則針對在前所描述的拓?fù)鋵W(xué) 重建(即移動設(shè)備10、11的定位)的空間應(yīng)該同樣是二維的。如果情況不是如此，則拓 撲學(xué)重建必須通過三維坐標(biāo)工作。在圖7中示出了，聲源3相對于兩個對象10、11的幾何布置如何影響距離A的 估計(對于該幾何布置參見圖1)?；旧?，對聲學(xué)信號的每次測量都具有與源3和對象 10、11的相對布置有關(guān)的誤差。在圖7中，兩個對象10、11固定地設(shè)置并且在圖7中大致居中地示出。根據(jù)聲 源3的幾何布置產(chǎn)生不同的誤差。在圖7中以等值線形式示出了測量的品質(zhì)。當(dāng)聲源3 和兩個對象10、11位于一條直線上并且聲源3并非恰好位于兩個對象10、11之間時，誤 差最小(即測量的質(zhì)量接近100% )。在其他極端情況下，聲源3位于對象10、20之間 的中垂線上，使得測量的質(zhì)量在此趨向0。在極端情況之間得出在圖7中示出的中間值。
本發(fā)明在其實施方面并不局限于上面所說明的優(yōu)選實施例子。更確切地說，可 以考慮許多變形方案，這些變形方案即使基本上不同的實施也利用了根據(jù)本發(fā)明的方法 和根據(jù)本發(fā)明的裝置。參考附圖標(biāo)記表1麥克風(fēng)裝置2聲學(xué)信號
3 聲源4數(shù)據(jù)處理裝置(外部部分)5聲學(xué)信號中的圖案6時間同步7數(shù)據(jù)處理裝置(內(nèi)部部分)10第一移動設(shè)備，第一對象11第二移動設(shè)備，第二對象A兩個移動設(shè)備(對象)之間的距離
權(quán)利要求
1.一種用于定位至少一個對象(10)的方法，其中a)通過所述至少一個對象(10)的麥克風(fēng)裝置(1)接收至少一個聲源(3)的至少一個聲學(xué)信號⑵，b)通過數(shù)據(jù)處理裝置(4，7)自動根據(jù)預(yù)先給定的標(biāo)準(zhǔn)在所述至少一個聲學(xué)信號(2) 的時間變化曲線中搜索至少一個圖案(5)，其中C)所述至少一個圖案(5)是所述至少一個聲學(xué)信號(2)的開端或者具有所述至少一個 聲學(xué)信號(2)的開端，以及d)根據(jù)圖案(5)的接收借助于時間同步(6)進(jìn)行所述至少一個對象(10)的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個對象構(gòu)建為移動設(shè)備 (10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，相對于所述至少一個聲源(3)，相 對于固定的坐標(biāo)系或者相對于至少一個另外的對象(11)進(jìn)行所述至少一個對象(10)的定 位。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法，其特征在于，所述至少一個圖案(5) 是所述至少一個聲學(xué)信號(2)的開端，即在前的相對安靜的階段之后的聲壓變化和/或突 然的音強(qiáng)變化和/或基于多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所述至少一個聲學(xué)信號(2)的 與所述聲學(xué)信號(2)的傳播路徑無關(guān)的特性搜索所述至少一個圖案(5)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法，其特征在于，借助于數(shù)據(jù)處理裝置 (4，7)對到達(dá)所述至少一個對象(10，11)的至少一個聲學(xué)信號(2)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，以 確定所述至少一個對象(10，11)的最可能的位置和/或至少兩個對象(10，11)的最可能 的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，統(tǒng)計學(xué)分析包括距離測量的等級劃分的 分析。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求的至少一項所述的方法，其特征在于，通過頻率分析、借助于 占主導(dǎo)地位的頻率、根據(jù)所述至少一個聲學(xué)信號(2)的幅度、基于過零點的數(shù)目、通過 所述至少一個聲學(xué)信號(2)的運行長度編碼和/或波形來識別和/或特征化所述至少一個 圖案(5)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述至少一個圖 案(5)抵達(dá)的時間數(shù)據(jù)和由此得到的在至少兩個對象(10，11)的情況下不同的傳播時間 自動確定這兩個對象(10，11)之間的距離(A)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法，其特征在于，數(shù)據(jù)處理裝置(4，7) 自動確定多個對象(10，11)彼此間的相對空間位置和/或多個對象(10，11)在參考系中 的絕對空間位置。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法，其特征在于，所述至少一個聲學(xué)信 號(2)的和/或所述至少一個對象(10，11)的至少一個源(3)通過時間同步(6)，尤其是 通過無線電信號來耦合。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法，其特征在于，數(shù)據(jù)處理裝置(4，7) 確定所述至少一個聲學(xué)信號(2)的溫度相關(guān)性。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法，其特征在于，至少一個對象(10)構(gòu) 建為移動電話或者便攜計算機(jī)。
14.一種用于定位至少一個對象(10，11)的裝置，其中所述至少一個對象(10，11) 具有麥克風(fēng)裝置(1)，通過該麥克風(fēng)裝置能夠接收至少一個聲源(3)的至少一個聲學(xué)信號 (2)，該裝置具有數(shù)據(jù)處理裝置(4，7)，用于根據(jù)預(yù)先給定的標(biāo)準(zhǔn)自動搜索所述至少 一個聲學(xué)信號(2)的時間變化曲線以確定至少一個對象(5)；用于檢測帶有至少一個開端 的至少一個聲學(xué)信號(2)的至少一個圖案(5)的裝置；和用于通過使用時間同步根據(jù)圖案 (5)的接收來定位所述至少一個對象(10，11)的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求0所述的裝置，其特征在于用于對基于多普勒效應(yīng)生成的信號和/ 或帶有在前的相對安靜的階段之后的聲壓變化和/或突然的音強(qiáng)變化的至少一個聲學(xué)信 號(2)的至少一個圖案(5)進(jìn)行檢測的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求0或15所述的裝置，其特征在于用于基于所述至少一個聲學(xué)信號 (2)的特征搜索所述至少一個圖案(5)的裝置，其中該特性與所述聲學(xué)信號(2)的傳播路 徑無關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求0至16中的至少一項所述的裝置，其特征在于用于對在所述至少一 個對象(10，11)中所接收的至少一個聲學(xué)信號(2)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析以確定所述至少一個 對象(10，11)的最可能位置的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，統(tǒng)計學(xué)分析包括距離測量的等級劃分 的分析。
19.根據(jù)權(quán)利要求0至17中的至少一項所述的裝置，其特征在于用于通過使用占主導(dǎo) 地位的頻率、所述至少一個聲學(xué)信號(2)的幅度和/或所述至少一個聲學(xué)信號(2)的波形 來對所述至少一個圖案(5)進(jìn)行頻率分析的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求0至19中的至少一項所述的裝置，其特征在于，通過數(shù)據(jù)處理裝置 (4，7)能夠自動地根據(jù)所述至少一個圖案(5)抵達(dá)的時間數(shù)據(jù)和由此得到的在至少兩個 對象(10，11)情況下不同的傳播時間確定這兩個對象(10，11)之間的距離(A)。
21.根據(jù)權(quán)利要求0至20中的至少一項所述的裝置，其特征在于，通過數(shù)據(jù)處理裝置 (4，7)能夠自動地確定多個對象(10，11)彼此間的相對空間位置和/或多個對象(10， 11)在參考系中的絕對空間位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求0至21中的至少一項的裝置，其特征在于，所述至少一個聲學(xué)信號 (2)的和/或所述至少一個對象(10，11)的至少一個源(3)通過時間同步(6)，尤其是通 過無線電信號來耦合。
23.根據(jù)權(quán)利要求0至22中的至少一項所述的裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)處理裝置(4， 7)確定所述至少一個聲學(xué)信號(2)的溫度相關(guān)性。
24.根據(jù)權(quán)利要求0至23中的至少一項所述的裝置，其特征在于用于主動發(fā)送信號以 定位的裝置。
25.—種移動設(shè)備(10)，特別是構(gòu)建為用于使用根據(jù)方法1至13中的至少一項的方 法，其特征在于，該移動設(shè)備構(gòu)建為移動電話。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于定位至少一個對象(10)的方法，其中a)通過所述至少一個對象(10)的麥克風(fēng)裝置(1)接收至少一個聲源(3)的至少一個聲學(xué)信號(2)，b)通過數(shù)據(jù)處理裝置(4，7)自動根據(jù)預(yù)先給定的標(biāo)準(zhǔn)在所述至少一個聲學(xué)信號(2)的時間變化曲線中搜索至少一個圖案(5)，其中c)所述至少一個圖案(5)是所述至少一個聲學(xué)信號(2)的開端或者具有所述至少一個聲學(xué)信號(2)的開端，以及d)根據(jù)圖案(5)的接收借助于時間同步(6)進(jìn)行所述至少一個對象(10)的定位。
文檔編號G01S11/14GK102016632SQ200980115776
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者伊利亞·拉杜施, 延斯·蓬托 申請人:弗勞恩霍弗實用研究促進(jìn)協(xié)會