[发明专利]频分制超声波定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维定位技术领域，尤其涉及一种频分制超声波定位系统及方法。

背景技术

近年来，户外定位技术已经十分成熟，无论是美国的GPS(全球定位系统)、俄罗斯的GLONASS(格洛纳斯)，还是欧洲的“伽利略”全球定位系统，中国的“北斗”，均已得到大量的应用。然而，对于室内定位这类小范围、高精度的定位需求，囿于成本和环境的限制，一直以来都没有得到很好的解决。总的来说，目前小范围(诸如室内)定位技术主要是三种：①无线电定位，各个频段的都有(RFID技术也可以归为此类)，其原理是通过测量无线电信号的强度来确定位置，系统复杂、定位精度不高(米级)；②视觉定位，这种方法主要是基于摄像机采集到的地标的图像，采用几何方法来确定位置，其缺陷主要在于对摄像头要求较高(需要标定)，对计算能力要求较高(需要进行图像处理)，一旦地标脱离摄像机的视野则无法定位，因而这类系统成本高、功耗大、结构复杂；③超声波定位，这种方法的原理主要是测试通过测量超声波从多个发射点到接收点的传送时间，计算多个发射点到接收点之间的距离，然后利用几何的方法求出接收点的位置，这类系统的结构简单、成本低、定位精度较高(厘米级)，已经在室内机器人定位中得到应用。

然而，已有超声波定位系统多为时分制系统，也就是各个超声波发射点发射的超声波的频率是一样的，为了避免互相干扰，需要在一段时间内依次轮流发射同步信号和超声波(譬如，发射点有5个，在1秒中内，各占0.2秒)，相对于频分制系统，这种方法最大缺陷在于：①定位精度低，尤其是对于快速移动的物体；②实时性较低，主要是由于其依次轮流发射的工作方式，每一个发射点都要占用一个时间片；③抗干扰能力较差，主要是超声波的多次反射可能窜入另外的超声波发射点的时间片中，从而干扰真实信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频分制超声波定位系统和方法，以解决原有系统定位精度低、实时性低、抗干扰能力差等缺陷。

本发明的一个方面的频分制超声波定位系统，具有：超声波发送端，按照预定周期同时发射第一频率、第二频率、第三频率的超声波信号和同步信号；超声波接收端，接收由超声波发送端发送过来的同步信号和超声波信号，根据同步信号和超声波信号，确定超声波发送端与超声波接收端的相对位置，超声波发送端，在第一位置发射第一频率的超声波信号，在第二位置发射第二频率的超声波信号，在第三位置发射第三频率的超声波信号，第一频率、第二频率、第三频率为彼此不同的频率，第一位置、第二位置、第三位置为空间中不共线的三点。

本发明的另一个方面的频分制超声波定位方法，具有：超声波发送步骤，由超声波发送端按照预定周期同时发射第一频率、第二频率、第三频率的超声波信号和同步信号；超声波接收端步骤，由超声波接收端接收由超声波发送步骤发送的同步信号和超声波信号，根据同步信号和超声波信号，确定超声波发送端与超声波接收端的相对位置，超声波发送步骤，在第一位置发射第一频率的超声波信号，在第二位置发射第二频率的超声波信号，在第三位置发射第三频率的超声波信号，第一频率、第二频率、第三频率为彼此不同的频率，第一位置、第二位置、第三位置为空间中不共线的三点。

根据本发明的频分制超声波定位系统和方法，具有下列有益效果：

①定位精度高：由于各个超声波发射点发射的超声波的频率不同，所以根据机械波的“互不干涉原理”，各个超声波发射点可同时发射频率不同的超声波信号和同步信号，超声波接收点通过频率区分各个超声波发射点并计算各个传送时间，从而计算出超声波接收点到各个超声波发射点的距离，故定位精度高，尤其是对于快速移动的物体。

②实时性高：由于无依次轮流发射超声波的过程，单位时间内定位频率提升显著，实时性显著提高；

③抗干扰能力强：各个超声波发射点所发射的超声波的频率不同，因此互相干扰的概率大大降低。

附图说明

图1是根据本发明频分制超声波定位系统100的总体结构图。

图2是根据本发明的频分制超声波定位系统100的超声波发送端1的框图。

图3是根据本发明频分制超声波定位系统100的超声波接收端2的框图。

图4是根据本发明频分制超声波定位系统的频分制测距方法示意图。

图5是根据本发明频分制超声波定位系统的定位方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。