具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的消除基站超声波噪音的方法，可应用在如图1的应用环境中，该消除基站超声波噪音的方法应用在消除基站超声波噪音的系统中，该消除基站超声波噪音的系统包括客户端和服务器，其中，客户端通过网络与服务器进行通信。客户端又称为用户端，是指与服务器相对应，为客户端提供本地服务的程序。该客户端可安装在但不限于各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备等计算机设备上。服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

在一实施例中，如图2所示，提供一种消除基站超声波噪音的方法，以该方法应用在图1中的服务器为例进行说明，具体包括如下步骤：

S10.发射基站采用窗函数对chirp信号进行处理，获取chirp信号对应的第一纺锤形信号，并将第一纺锤形信号发送给接收基站。

其中，本实施例中的基站即为室内定位时应用的可发射特定波形的超声波基站，包括发射基站和接收基站。

本实施例中，第一纺锤形信号是将chirp信号的包络线从原来的长方形如图3所示，经加窗处理后形成纺锤形信号。因chirp信号的频谱边缘的能量泄露将消失，噪音也就降低了，如图4所示。

具体地，基于超声波的室内定位系统中，需要使用信号发射基站(后文简称基站)发射特定波形的超声波信号，例如线性调频信号(Linear Frequency Modulation, LFM),也称为chirp信号。其公式为：

，

-T/2≤t≤T/2，其中y(t)表示信号随时间变化的波形，t表示时间，T表示信号时长，f0表示chirp信号起始频率，f1表示chirp信号终止频率。

在雷达的电磁波信号中，对于信号截断导致的频谱能量泄露，可以采用“加窗”的方法。

具体地，窗函数的设计需要满足以下条件：

1.中心频率(f0+f1)/2处(下文称为信号中心)幅值较大，起始和结束时幅值较小。

2.从信号中心到起始或结束信号幅度下降速度不可过慢，否则起始幅值过高，达不到消除噪音的效果。

3.从信号中心到起始或结束信号幅度下降速度不可过快，否则信号变化过大，强度大幅削弱，接收端难以识别信号起始和终止时刻。

4.采用通用的已验证过的抑制能量泄露效果较好的窗函数，例如Hann窗，Hamming窗，Chebyshev窗，Blackman窗等。

在选择好窗函数后，发射基站和接收基站都要经过相同的窗函数处理。

优选地，窗函数为可抑制能量泄露的窗函数，用以对信号截断处的信号进行平滑处理，从而降低所述chirp信号从所述发射基站发射超声信号时的中低频噪音。本实施例以Blackman窗为例，进行说明。Blackman窗公式如下：

其中，当N为偶数时，。N为奇数时，。

S20.接收基站采用相同的窗函数对参考信号进行处理，获取参考信号对应的第二纺锤形信号。

其中，第二纺锤形信号是将参考信号也采用与发射基站同样的窗函数处理后，获取的纺锤形的信号。

接收端使用第一纺锤形信号对应的波形作为参考信号进行匹配滤波。

具体地，为了确保信号改变后计算到达时间的准确性不损失，接收信号识别时要根据加窗后的信号特征处理，即参考信号也要加相同的窗函数处理。例如，在雷达信号处理中，一般采用匹配滤波来识别信号到达时间，即使用接收信号与参考信号互相关求得到达时间。

S30.基于第一纺锤形信号和第二纺锤形信号的形成的卷积值，采用匹配滤波获取对应的互相关结果，以及获取互相关幅度最高值。

其中，两个函数互相关的含义是：对两个函数分别作复数共轭和反向平移并使其相乘的无穷积分，或者说：第一个函数依次作复共轭和平移后与第二个函数相乘的无穷积分。可以证明，两个定义完全等价(可以互相导出)。从物理上看，互相关运算的结果反映了两个信号之间相似性的量度。

互相关幅度最高值也即为互相关对应的图像中幅度最高点所在。

S40.基于互相关幅度最高值以及采样频率，获取信号到达时间。

具体地，互相关最高峰位置就是本次采样起始到接收到信号头的相对时间，即信号到达时间。

优选地，S40中，基于互相关幅度最高值以及采样频率，获取信号到达时间，具体包括如下步骤：

S41.将互相关幅度最高峰位置p以及采样频率fs代入公式t=p/fs，获取信号到达时间t。

本实施例提供消除基站超声波噪音的方法，通过给chirp信号进行加窗信号，可大幅减小噪音，同时保证准确识别信号从发射基站到达接收基站的到达时间。

在本发明提供的另一实施例中，如图5所示，在步骤S10中，即发射基站采用窗函数对chirp信号进行处理，获取chirp信号对应的第一纺锤形信号，具体包括如下步骤：

S11.获取N个采样点的chirp信号y(n)。

S12.获取窗函数w(n)，0≤n≤N。

S13.基于chirp信号y(n)和窗函数w(n)，获取第一纺锤形信号，公式如下：。

具体地，在超声应用中可采用类似处理方式。

在本发明提供的另一实施例中，如6所示，在步骤S30中，即基于第一纺锤形信号和第二纺锤形信号的形成的卷积值，采用匹配滤波获取对应的互相关结果，具体包括如下步骤：

S311.获取第一纺锤形信号sig(n)和第二纺锤形信号ref(n)。

S312.获取第一纺锤形信号sig(n)和第二纺锤形信号ref(n)对应的互相关结果，公式如下：

其中，k=1…n，(sig*ref)表示卷积值，从而得到互相关结果R(n)。

在本发明提供的另一实施例中，如图7所示，在步骤S30中，即获取互相关幅度最高值，具体包括如下步骤：

S321.获取互相关结果对应的互相关幅度示意图。

S322.基于互相关幅度示意图，标记出最高峰位置p作为互相关幅度最高值。

参考信号到达时间估计需要采用经过窗处理后的chirp信号，即前述步骤S13的公式中的而非，如此即可消除噪音，又可保证到达时间估计的准确性。

本实施例提供消除基站超声波噪音的方法，通过给chirp信号进行加窗信号，可大幅减小噪音，同时保证准确识别信号从发射基站到达接收基站的到达时间。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种消除基站超声波噪音的装置，该消除基站超声波噪音的装置与上述实施例中消除基站超声波噪音的方法一一对应。如图8所示，该消除基站超声波噪音的装置包括发送第一信号模块10、获取第二信号模块20、获取幅度最高值模块30和获取到达时间模块40。各功能模块详细说明如下：

发送第一信号模块10，用于发射基站采用窗函数对chirp信号进行处理，获取chirp信号对应的第一纺锤形信号，并将第一纺锤形信号发送给接收基站。

获取第二信号模块20，用于接收基站采用相同的窗函数对参考信号进行处理，获取参考信号对应的第二纺锤形信号。

获取幅度最高值模块30，用于基于第一纺锤形信号和第二纺锤形信号的形成的卷积值，采用匹配滤波获取对应的互相关结果，以及获取互相关幅度最高值。

获取到达时间模块40，用于基于互相关幅度最高值以及采样频率，获取信号到达时间。

优选地，发送第一信号模块10，包括：

获取chirp信号子模块11，用于获取N个采样点的chirp信号y(n)。

获取窗函数子模块12，用于获取窗函数w(n)，0≤n≤N。

获取纺锤信号子模块13，用于基于chirp信号y(n)和窗函数w(n)，获取第一纺锤形信号，公式如下：。

优选地，获取幅度最高值模块，包括：

获取锤形信号子模块，用于获取第一纺锤形信号sig(n)和第二纺锤形信号ref(n)。

获取互相关结果子模块，用于获取第一纺锤形信号sig(n)和第二纺锤形信号ref(n)对应的互相关结果，公式如下：

其中，k=1…n，(sig*ref)表示卷积值，从而得到互相关结果R(n)。

优选地，获取幅度最高值模块，包括：

获取幅度示意图子模块，用于获取互相关结果对应的互相关幅度示意图。

标记幅度最高值子模块，用于基于互相关幅度示意图，标记出最高峰位置p作为互相关幅度最高值。

优选地，获取到达时间模块，包括：

获取信号到达时间子模块，用遇见将互相关幅度最高峰位置p以及采样频率fs代入公式t=p/fs，获取信号到达时间t。

关于消除基站超声波噪音的装置的具体限定可以参见上文中对于消除基站超声波噪音的方法的限定，在此不再赘述。上述消除基站超声波噪音的装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性介质、内存储器。该非易失性介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于消除基站超声波噪音的方法相关的数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种消除基站超声波噪音的方法。

在一实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例消除基站超声波噪音的方法，例如图2所示S10至步骤S40。或者，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中消除基站超声波噪音的装置的各模块/单元的功能，例如图8所示模块10至模块40的功能。为避免重复，此处不再赘述。

在一实施例中，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例消除基站超声波噪音的方法，例如图2所示S10至步骤S40。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述装置实施例中消除基站超声波噪音的装置中各模块/单元的功能，例如图8所示模块10至模块40的功能。为避免重复，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。