超声波信号检测

我创建了一个相当简单的TDOA系统，该系统使用从两个扬声器发出的超声波信号来定位（相对于扬声器）移动电话。这两个信号按频率分开。

该系统具有以下约束：

• 信号必须听不到。为此，我们坚持使用高于17 kHz的频率。少数人仍然可以听到，但大多数人听不到。
• 采样率为44.1 kHz。
• 音乐通常会在播放，因此在较低频率下会有很多干扰。
• 我们无法控制扬声器和麦克风在较高频率下的运行状况，因此我们将上限保持在20 kHz左右。

我使用的特定信号是BPSK调制的13位Barker码，因为它们具有良好的自相关特性。自相关如下所示：

但是，当我将期望信号与现实生活中的接收信号互相关时，我通常会得到如下所示：

蓝色是与扬声器1信号的互相关，红色是与扬声器2信号的互相关。由于麦克风的定向增益，回波似乎很明显，并且不幸的是，通常比直接路径信号要强。

我尝试仅检测信号的最早出现，因为这很可能是直接路径。这种方法对我用来确定何时存在信号的阈值非常敏感，因此根本不够鲁棒。

我想要一种确定信号的“真实”到达时间（即直接路径信号的到达时间）的可靠方法。也许某种形式的信道估计和反卷积？如果是这样，那将如何工作？

数据/代码：我想明确地说，我不希望任何人分析数据或检查我的代码。我已经提供了它们，以备您需要。我主要对想法感兴趣。

我提供了原始接收信号和调制后的预期信号供下载。它们均以44.1 kHz采样。将接收到的信号与预期信号相关联会产生与上图类似但不同的东西，因为在将接收到的信号与预期信号相关之前，我将接收到的信号移至基带并进行了抽取。

接收信号

预期信号1

预期信号2

Matlab脚本 Matlab脚本同时具有信号生成脚本（genLocationSig.m）和我的接收/处理脚本（calcTimingOffset.m）。

这些不是您要查找的代码...

正如我在评论中所提到的，有很多方法可以实现可靠的TDOA。（与线性线性调频，指数线性调频和CDMA类型方法互相关）。您已经使用代码构建了TDOA系统，（如果需要鲁棒的多普勒，那确实是线性线性调频的不错选择），但是您通过两种方式人为地限制了自己：

• $13$
• $1$

使用PN序列：

$31$$61$$127$

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];

$13$$10 \ log [\frac{127}{13} ] \approx 10$

传送序言：

在您的特定应用程序中，您提到您仅传输一位。如果可以帮助您，则应尽量避免这种情况，并尽可能多地传输应用程序允许的位，以获取更多的编码增益。

$31$$61$$127$$13$

尝试其中一种或两种解决方案，然后提出您的结果。我希望可以进行切实的改进，然后再进行迭代。（脉冲整形，不同/更长的PN序列等）。