基于智能手机声学测向的高精度室内定位

我们提出并实现了一种新颖的室内定位方案 Swadloon，该方案建立在精确的声学测向基础之上。Swadloon 利用智能手机传感器，无需任何专用设备。该方案不依赖任何指纹信息且易于使用：用户只需在行走和定位前短暂摇晃手机。Swadloon 的设计利用了一个关键观测结果：手机摇晃运动的相对位移和速度对应于手机接收到的声学信号中所经历的多普勒效应的细微相位和频移。我们设计了一种新方法，将通过细微多普勒频移计算出的速度与手机惯性传感器得出的速度相结合，从而推导出从手机到声源的方向。随后，通过使用几个位置已知的锚点扬声器，实现了实时的精确定位与跟踪。实现 Swadloon 的主要挑战在于精确测量频移，以及在手机摇晃速度较低且任意变化时准确估计摇晃速度。我们提出了严格的方法来解决这些挑战，随后在几层室内建筑中设计并部署了 Swadloon，每层面积约为 2000m^2。大量实验表明，当声源在 32m 范围内时，测向的平均误差约为 2.1 度。对于室内定位，90% 分位误差低于 0.92m，最大误差为 1.73m，平均误差约为 0.5m。对于实时跟踪，在 51m 的行走过程中，误差保持在 0.4m 以内。