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Indoor Pseudo-ranging of Mobile Devices

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彩超

多普勒成像

多普勒成像

In  this  paper,  we  present  an  indoor  ultrasonic  locationtracking  system  that  can  utilize  off-the-shelf  audio  speakers(potentially  already  in  place)  to  provide  fine-grained  indoorposition  data  to  modern  mobile  devices  like  smartphones  andtablets.  We  design  and  evaluate  a  communication  primitivebased  on  rate-adaptive  wide-band  linear  frequency  modulated  chirp  pulses  that  utilizes  the  audio  bandwidth  just  abovethe  human  hearing  frequency  range  where  mobile  devicesare  still  sensitive.  Typically  transmitting  data,  even  outsideof  this  range,  introduces  broadband  human  audible  noises(clicks)  due  to  the  non-ideal  impulse  response  of  speakers.

Unlike  existing  audio  modulation  schemes,  our  scheme  isoptimized  based  on  psychoacoustic  properties.  For  example,  all  tones  exhibit  slowly  changing  power-levels  and  gradual  frequency  changes  so  as  to  minimize  human  perceivableartifacts.  Chirps  also  bring  the  benefit  of  Pulse  Compression,  which  greatly  improves  ranging  resolution  and  makesthem  resilient  to  both  Doppler  shifts  as  well  as  multi-pathpropagation  that  typically  plague  indoor  environments.  Thescheme  also  supports  the  decoding  of  multiple  unique  identifier  packets  being  transmitted  simultaneously.  By  applyinga  Time-Difference-of-Arrival  (TDOA)  pseudo-ranging  technique  the  mobile  devices  can  localize  themselves  withouttight  out-of-band  synchronization  with  the  broadcasting  infrastructure.  This  design  is  not  only  scalable  with  respect  tothe  number  of  transmitters  and  tracked  devices,  but  also  improves  user  privacy  since  the  mobile  devices  compute  theirpositions  locally.  We  show  through  user  studies  and  experimentation  on  smartphones  that  we  are  able  to  provide  submeter  (95%  <  10cm)  accurate  indoor  positioning  in  a  mannerthat  is  imperceptible  to  humans.

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