[发明专利]一种基于红外信号的测向测距方法及系统

说明书

一种基于红外信号的测向测距方法及系统。本发明在红外接收模块上设置有均匀分布的红外接收管，通过该均匀分布的红外接收管接收红外发射模块的红外信号，根据接收到的红外信号判断红外接收模块与红外发射模块的位置关系，同时，逐渐降低红外信号所对应的红外发射管驱动电流以获取红外信号传输至接收模块的临界强度。由此，本发明，在进行高精度的快速测向的同时，还能够根据红外信号所对应的红外发射管驱动电流来同步的计算出红外发射模块与接收模块之间的距离，实现快速测向测距。本发明通过硬件电路与控制单元的配合，可降低对红外器件的精度要求，进而降低硬件成本。

技术领域

本发明涉及传感器技术，尤其涉及一种测向测距的方法及系统。

背景技术

室内环境下的测向与测距，通常需要依赖于激光雷达实现。传统的激光雷达可实现360°全方位扫描，但其价格高昂；固态激光雷达与传统激光雷达相比，价格大大降低，但其不能实现360°旋转，仅能探测前方。激光雷达的性能在极端气候下性能较差，其发射和返回的可见光束也会给人视觉带来一定障碍感。

基于卫星，GPS的定位技术，其对于室外定位和室外测距具有良好的效果，但无法测向。由于信号传输条件的限制，卫星或GPS在室内环境下信号干扰、衰减强烈，因而无法直接用于室内测距。

其他的测向技术，例如IMU 9轴姿态传感器模块，其在室内外都具有良好的测向效果，也可以实现线位移和角位移的积分测量，但随着时间的增加，其累积位移误差明显。基于RSSI或LQI，无线传感器节点在室外空旷环境具有较好的测向和测距功能，但室外复杂场景和室内条件下的多径效应显著影响无线信号的传播，从而最终其测向和测距性能。超声波模块可以实现短距离内的定向测距，通常小于2.5m，并且在一定的超声波发射功率下，其定向测距能力难以提高。同时，超声波测向和测距的精度易受温度、湿度、风向等环境因素影响，因而应用场景受限较多。

理想环境下，常规的光波具有较好的定向性能，随着距离增加其强度按一定规律衰减，因而可以实现较好的测向、测距和定向通信功能。但在实际场景中，光波接收模块易受到环境中其他光源的干扰，进而影响其测向、测距和定向通信性能。为了抑制除环境其他光源的干扰，定向通信中通常会对光波进行频率调制。而为了避免可见光对使用人员造成视觉干扰，定向通信模块中更多地采用红外光。但是，传统的红外测距测向方式存在以下缺点：

微型尺寸红外光通信模块中必不可少的两种器件是红外光发射器件和红外光接收器件。红外光发射器件可发射红外光，其通常为红外发光二极管，红外光接收器件对接收到的红外光敏感，其通常为红外光敏二极管和红外光敏三极管。红外光发光二极管和红外光敏三极管可构成一对发射接收头，但这种直接的发射接收头能实现的定向通信距离较近，通常小于1m，难以满足日常定向通信要求。而为了提高定向通信距离，科研人员在红外光接收头内设计了高集成度的定频放大电路，最终实现了数十米以内的定向通信。大多数的遥控器中采用各类廉价红外模块如HS0038B、TSOP1730、TSOP17560、TSOP1833、TSOP1836等，可遥控最大距离可达35m。定频放大电路提高了红外模块的接收距离，但也导致红外通信的定向性能变差：如在近距离时，由于环境对光线的散射，即使发射头背对着TSOP1836接收头，TSOP1836也能接收到遥控信号。

综上所述，目前由于缺少室内外十几米范围内的低成本定向通信及测距技术。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于红外信号的测向测距方法及系统。