基于超聲波多普勒效應(yīng)的智能手機(jī)感知系統(tǒng)研究.pdf

1、智能手機(jī)在人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色，手機(jī)上播放與錄制聲音的功能也更加強(qiáng)大，市面上的手機(jī)普遍已能夠接收與分析超聲波頻段的聲音信號。手機(jī)上的音頻設(shè)備已經(jīng)不僅僅被用來進(jìn)行音樂播放等傳統(tǒng)應(yīng)用，也已開始收發(fā)超聲波來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、設(shè)備定位等服務(wù)。超聲波具有優(yōu)秀的物理特性，相關(guān)應(yīng)用易于開發(fā)，因此超聲波相關(guān)的手機(jī)應(yīng)用成為近來移動計(jì)算領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。
　　本文的主要研究內(nèi)容是利用智能手機(jī)收發(fā)超聲波在測距、數(shù)據(jù)傳輸上的應(yīng)用來構(gòu)建一套感知

2、系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了一套可行的解決方案AIS(Acoustic Interactive System)。AIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的三種用戶行為感知與聲音錨點(diǎn)的識別。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，AIS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)3.33％的誤報(bào)率與5％的漏報(bào)率。
　　本文首先介紹了國內(nèi)外超聲波智能手機(jī)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，然后介紹了建立AIS系統(tǒng)需要了解的超聲波方面相關(guān)知識。根據(jù)提出具體應(yīng)用場景需求，介紹了AIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與組成模塊的詳細(xì)說明。之后就介紹了AIS系

3、統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，并就兩個具體問題對系統(tǒng)做出了改進(jìn)。最后，本文以對AIS的實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證本系統(tǒng)的有效性。
　　本文的主要創(chuàng)新與貢獻(xiàn)為:
　　(1)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個基于超聲波多普勒效應(yīng)的智能手機(jī)感知系統(tǒng)AIS。AIS系統(tǒng)利用超聲波的多普勒頻移效應(yīng)，對手機(jī)持有者的速度進(jìn)行測量并通過積分計(jì)算其相對聲源的距離變化，結(jié)合超聲波的數(shù)據(jù)傳輸唯一確定聲源對象來提供對用戶行為的感知服務(wù)。實(shí)驗(yàn)證明，AIS系統(tǒng)能夠有效的針對不同用戶行為場景進(jìn)行識別，同

4、時(shí)AIS系統(tǒng)具有很高的可擴(kuò)展性，其超聲波發(fā)射與接收設(shè)備均采用商用現(xiàn)貨，布設(shè)成本十分低廉。
　　(2)將分布式調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)與超聲波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建出場景識別與數(shù)據(jù)傳輸模塊。分布式調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)通過發(fā)射連續(xù)的掃頻信號來測算聲源與設(shè)備間的相對移動距離，AIS采用這一方法構(gòu)建了場景識別模塊，同時(shí)對掃頻信號進(jìn)行編碼，構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸模塊。
　　(3)提出了一種基于疊加的掃頻信號進(jìn)行有效頻段判別的新方法。為了提高布設(shè)的超聲波揚(yáng)聲器的