SCALAR: Self-Calibrated Acoustic Ranging for Distributed Mobile Devices

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作者
Lei Wang,Haoran Wan,Ting Zhao,Ke Sun,Shuyu Shi,Haipeng Dai,Guihai Chen,Ping Liu,Wei Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-15 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tmc.2023.3241304
摘要

Acoustic ranging has been viewed as a promising Human-Computer Interaction (HCI) technology in many scenarios, such as Augmented Reality (AR)/Virtual Reality (VR) and smart appliances. Most ranging systems with distributed devices undergo an extra calibration process to remove the timing errors. However, the calibration process needs user intervention. Furthermore, it should assume that the clock drifts are linear and stable, which is disabled within tens of minutes. In this paper, we introduce a self-calibrated acoustic ranging system that achieves sub-millimeter accuracy on distributed asynchronous devices. Based on our theoretical timing model, we precisely cancel both the system delay and the nonlinear clock drift with carefully designed Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) ranging signals. Our synchronization scheme achieves a timing accuracy of 1.9 microseconds, which allows us to build large-scale virtual acoustic arrays. Based on such a calibration scheme, our localization system achieves a ranging error of $\rm{0.39}~mm$ within three meters in real-world experiments.

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