การตรวจจับสัญญาณอัลตราโซนิก

ฉันได้สร้างระบบ TDOA ที่ค่อนข้างง่ายซึ่งใช้สัญญาณอัลตราโซนิกที่ปล่อยออกมาจากลำโพงสองตัวเพื่อระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ (สัมพันธ์กับลำโพง) โทรศัพท์มือถือ สัญญาณทั้งสองจะถูกคั่นด้วยความถี่

ระบบมีข้อ จำกัด ดังต่อไปนี้:

• สัญญาณจะต้องไม่ได้ยิน ด้วยเหตุนี้เราจึงยึดความถี่ที่มากกว่า 17 kHz บางคนยังคงได้ยินเช่นนั้น แต่ส่วนใหญ่ไม่สามารถทำได้
• อัตราตัวอย่าง 44.1 kHz
• โดยทั่วไปแล้วเพลงจะเล่นดังนั้นจึงมีสัญญาณรบกวนที่ความถี่ต่ำกว่ามาก
• เราไม่สามารถควบคุมว่าลำโพงและไมโครโฟนทำงานที่ความถี่สูงได้ดีเพียงใดดังนั้นเราจึง จำกัด ความเร็วสูงสุดที่ 20 kHz

สัญญาณเฉพาะที่ฉันกำลังใช้คือ BPSK ปรับรหัสบาร์เกอร์ 13 บิตเนื่องจากคุณสมบัติปรับค่าความสัมพันธ์อัตโนมัติที่ดี ความสัมพันธ์อัตโนมัติดูเหมือนดังต่อไปนี้ -

เมื่อฉันข้ามสัญญาณที่คาดหวังกับสัญญาณที่ได้รับในชีวิตจริงแม้ว่าสิ่งที่ฉันได้รับมักจะเป็นเช่นนี้ -

สีฟ้าคือความสัมพันธ์ข้ามกับสัญญาณของลำโพง 1 และสีแดงคือความสัมพันธ์ข้ามกับสัญญาณของลำโพง 2 ปรากฏว่าเสียงก้องมีความสำคัญและน่าเสียดายที่มักจะแข็งแกร่งกว่าสัญญาณเส้นทางตรงเนื่องจากได้รับทิศทางของไมโครโฟน

ฉันพยายามตรวจจับสัญญาณที่ปรากฏเร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ซึ่งเป็นเส้นทางโดยตรง วิธีการนี้มีความอ่อนไหวต่อขีด จำกัด ที่ฉันใช้สำหรับการตัดสินใจเมื่อมีสัญญาณและดังนั้นจึงไม่แข็งแกร่งเลย

ฉันต้องการวิธีการที่แข็งแกร่งในการกำหนดเวลาถึง "จริง" ของสัญญาณ - เช่นเวลาที่มาถึงของสัญญาณเส้นทางตรง บางทีรูปแบบการประมาณค่าช่องสัญญาณและการถอดรหัสบางรูปแบบ? ถ้าเป็นเช่นนั้นจะทำงานอย่างไร

ข้อมูล / รหัส: ฉันต้องการให้ชัดเจนว่าฉันไม่ได้คาดหวังให้ทุกคนวิเคราะห์ข้อมูลหรือตรวจสอบรหัสของฉัน ฉันทำให้พวกเขาพร้อมใช้งานในกรณีที่คุณต้องการ ฉันสนใจในแนวความคิดเป็นส่วนใหญ่

ฉันสร้างสัญญาณที่ได้รับข้อมูลดิบและปรับสัญญาณที่คาดหวังไว้ให้ดาวน์โหลด ตัวอย่างทั้งหมดอยู่ที่ 44.1 kHz การเชื่อมโยงสัญญาณที่ได้รับกับสัญญาณที่คาดว่าจะสร้างสิ่งที่คล้ายกัน แต่ไม่เหมือนกันกับภาพด้านบนเพราะฉันย้ายสัญญาณที่ได้รับไปยังเบสแบนด์และ decimate ก่อนที่จะสัมพันธ์กับสัญญาณที่คาดหวัง

รับสัญญาณ

สัญญาณที่คาดหวัง # 1

สัญญาณที่คาดหวัง # 2

Matlab สคริปต์สคริปต์ Matlab มีทั้งสคริปต์สร้างสัญญาณ (genLocationSig.m) และสคริปต์รับ / ประมวลผลของฉัน (calcTimingOffset.m)

นี่ไม่ใช่รหัสที่คุณกำลังมองหา ...

ดังที่ฉันได้กล่าวถึงในความคิดเห็นมีหลายวิธีในการทำ TDOA ที่แข็งแกร่ง (ความสัมพันธ์ข้ามกับ Linear Chirps, Chirps เอกซ์โปเนนเชียลและวิธีการชนิด CDMA) คุณได้สร้างระบบที่ใช้รหัส TDOA อยู่แล้ว (และนี่เป็นทางเลือกที่ดีในการใช้ linear-chirps หากคุณต้องการความแข็งแกร่งในการใช้ doppler) แต่คุณได้ จำกัด ตัวเองด้วยวิธีการสองอย่าง:

• รหัสบาร์เกอร์ยาวสูงสุดเท่านั้น $13$. อย่างไรก็ตามเราสามารถสร้างรหัสลำดับ PN ของความยาวตามอำเภอใจเพื่อให้ได้รับการเข้ารหัสมากขึ้น
• การใช้งานเพียงอย่างเดียว $1$บิตในชุดเกียร์ของคุณ เราสามารถเข้ารหัสคำนำทั้งหมดได้หลายบิตเพื่อส่งผ่านทำให้ได้รับความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้นอีกหลายระดับ

ใช้ลำดับ PN:

ดังนั้นง่ายมากเปลี่ยนรหัสที่คุณใช้เพื่อปรับเปลี่ยนผู้ให้บริการของคุณโดย: ใช้ลำดับ PN-แทน PN รหัสที่สร้างขึ้นสามารถเป็น (เกือบ) ความยาวโดยพลการและสามารถสร้างขึ้นผ่านLFSRs (พวกเขาไปด้วยชื่อ 'whiteners' ในบางตำรา) นี่คือสามลำดับความยาว PN$31$, $61$และ $127$ ตามลำดับ

PN_31 = [ 1  1 -1 -1  1  1 -1  1 -1 -1  1 -1 -1 -1 -1  1 -1  1 -1  1  1  1 -1  1  1 -1 -1 -1  1  1  1];

PN_61 = [ 1  1  1 -1  1  1 -1  1 -1 -1  1 -1 -1  1  1  1 -1 -1 -1  1 -1  1  1  1  1 -1 -1  1 ...
     -1  1 -1 -1 -1  1  1 -1 -1 -1 -1  1 -1 -1 -1 -1 -1  1  1  1  1  1  1 -1  1 -1  1 -1 ...
      1  1 -1 -1  1  1 -1];

PN_127 = [-1     1     1     1    -1     1    -1    -1     1    -1     1     1    -1    -1    -1     1     1    -1     1     1     1     1    -1     1     1    -1     1    -1 ...
       1     1    -1     1     1    -1    -1     1    -1    -1     1    -1    -1    -1     1     1     1    -1    -1    -1    -1     1    -1     1     1     1     1     1 ...
      -1    -1     1    -1     1    -1     1     1     1    -1    -1     1     1    -1     1    -1    -1    -1     1    -1    -1     1     1     1     1    -1    -1    -1 ...
       1    -1     1    -1    -1    -1    -1     1     1    -1    -1    -1    -1    -1     1    -1    -1    -1    -1    -1    -1     1     1     1     1     1     1     1 ...
      -1     1    -1     1    -1     1    -1    -1     1     1    -1    -1     1     1     1];

ความสัมพันธ์อัตโนมัติวงกลมและเชิงเส้นของลำดับที่แสดงด้านล่าง พวกมันจะให้สเปกตรัมสีขาวอย่างชัดเจน แต่ยิ่งไปกว่านั้นเราไม่ได้ จำกัด อีกต่อไป$13$ความยาวของชิป ในความเป็นจริงรหัสสุดท้าย PN_127 ให้ผลตอบแทนการเข้ารหัส$10 \ log [\frac{127}{13} ] \approx 10$ เดซิเบลได้รับมากกว่าลำดับบาร์เกอร์ในขณะที่รับประกันสเปกตรัมสีขาวทั้งหมด

ส่งคำนำ:

ในแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณคุณบอกว่าคุณส่งสัญญาณเพียงหนึ่งบิต คุณควรพยายามหลีกเลี่ยงสิ่งนี้หากคุณสามารถช่วยได้และส่งบิตให้มากที่สุดเท่าที่แอปพลิเคชันของคุณสามารถทำได้เพื่อรับการเข้ารหัสเพิ่มเติม

นี่คือสิ่งที่ทำกันทั่วไปในโปรโตคอลการสื่อสารเพื่อให้สอดคล้องกับจุดเริ่มต้นของแพ็กเก็ต คำนำ (รู้จัก) ถูกส่งโดยประกอบด้วยหลายบิต แต่ละบิตประกอบด้วยชิปจำนวนมาก (ในตัวอย่างของเรา$31$, $61$, หรือ $127$ชิปที่มีรหัส PN ด้านบน) สุดท้ายลำดับบิตเองอาจประกอบด้วยลำดับ PN อื่นหรือหากคุณต้องการคุณอาจส่งสัญญาณ$13$ บิตที่เขียนเป็นรูปแบบบาร์เกอร์โดยแต่ละบิตประกอบด้วยหนึ่งในลำดับ PN ข้างต้น

ลองใช้วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้หนึ่งวิธีหรือทั้งสองอย่างแล้วนำผลลัพธ์ของคุณออกมา ฉันคาดหวังว่าจะมีการปรับปรุงที่จับต้องได้ซึ่งเราสามารถทำซ้ำได้ (การสร้างพัลส์, ลำดับ PN ที่แตกต่าง / ยาวกว่า, ฯลฯ )