[發明專利]頻分制超聲波定位系統及方法

無效

• 申請號: 201310682354.4
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103698747A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 譚湘敏;袁如意;易建強;范國梁
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 薛凱

技術領域

本發明涉及三維定位技術領域，尤其涉及一種頻分制超聲波定位系統及方法。

背景技術

近年來，戶外定位技術已經十分成熟，無論是美國的GPS(全球定位系統)、俄羅斯的GLONASS(格洛納斯)，還是歐洲的“伽利略”全球定位系統，中國的“北斗”，均已得到大量的應用。然而，對于室內定位這類小范圍、高精度的定位需求，囿于成本和環境的限制，一直以來都沒有得到很好的解決。總的來說，目前小范圍(諸如室內)定位技術主要是三種：①無線電定位，各個頻段的都有(RFID技術也可以歸為此類)，其原理是通過測量無線電信號的強度來確定位置，系統復雜、定位精度不高(米級)；②視覺定位，這種方法主要是基于攝像機采集到的地標的圖像，采用幾何方法來確定位置，其缺陷主要在于對攝像頭要求較高(需要標定)，對計算能力要求較高(需要進行圖像處理)，一旦地標脫離攝像機的視野則無法定位，因而這類系統成本高、功耗大、結構復雜；③超聲波定位，這種方法的原理主要是測試通過測量超聲波從多個發射點到接收點的傳送時間，計算多個發射點到接收點之間的距離，然后利用幾何的方法求出接收點的位置，這類系統的結構簡單、成本低、定位精度較高(厘米級)，已經在室內機器人定位中得到應用。

然而，已有超聲波定位系統多為時分制系統，也就是各個超聲波發射點發射的超聲波的頻率是一樣的，為了避免互相干擾，需要在一段時間內依次輪流發射同步信號和超聲波(譬如，發射點有5個，在1秒中內，各占0.2秒)，相對于頻分制系統，這種方法最大缺陷在于：①定位精度低，尤其是對于快速移動的物體；②實時性較低，主要是由于其依次輪流發射的工作方式，每一個發射點都要占用一個時間片；③抗干擾能力較差，主要是超聲波的多次反射可能竄入另外的超聲波發射點的時間片中，從而干擾真實信號。

發明內容

本發明的目的在于提供一種頻分制超聲波定位系統和方法，以解決原有系統定位精度低、實時性低、抗干擾能力差等缺陷。

本發明的一個方面的頻分制超聲波定位系統，具有：超聲波發送端，按照預定周期同時發射第一頻率、第二頻率、第三頻率的超聲波信號和同步信號；超聲波接收端，接收由超聲波發送端發送過來的同步信號和超聲波信號，根據同步信號和超聲波信號，確定超聲波發送端與超聲波接收端的相對位置，超聲波發送端，在第一位置發射第一頻率的超聲波信號，在第二位置發射第二頻率的超聲波信號，在第三位置發射第三頻率的超聲波信號，第一頻率、第二頻率、第三頻率為彼此不同的頻率，第一位置、第二位置、第三位置為空間中不共線的三點。

本發明的另一個方面的頻分制超聲波定位方法，具有：超聲波發送步驟，由超聲波發送端按照預定周期同時發射第一頻率、第二頻率、第三頻率的超聲波信號和同步信號；超聲波接收端步驟，由超聲波接收端接收由超聲波發送步驟發送的同步信號和超聲波信號，根據同步信號和超聲波信號，確定超聲波發送端與超聲波接收端的相對位置，超聲波發送步驟，在第一位置發射第一頻率的超聲波信號，在第二位置發射第二頻率的超聲波信號，在第三位置發射第三頻率的超聲波信號，第一頻率、第二頻率、第三頻率為彼此不同的頻率，第一位置、第二位置、第三位置為空間中不共線的三點。

根據本發明的頻分制超聲波定位系統和方法，具有下列有益效果：

①定位精度高：由于各個超聲波發射點發射的超聲波的頻率不同，所以根據機械波的“互不干涉原理”，各個超聲波發射點可同時發射頻率不同的超聲波信號和同步信號，超聲波接收點通過頻率區分各個超聲波發射點并計算各個傳送時間，從而計算出超聲波接收點到各個超聲波發射點的距離，故定位精度高，尤其是對于快速移動的物體。

②實時性高：由于無依次輪流發射超聲波的過程，單位時間內定位頻率提升顯著，實時性顯著提高；

③抗干擾能力強：各個超聲波發射點所發射的超聲波的頻率不同，因此互相干擾的概率大大降低。

附圖說明

圖1是根據本發明頻分制超聲波定位系統100的總體結構圖。

圖2是根據本發明的頻分制超聲波定位系統100的超聲波發送端1的框圖。

圖3是根據本發明頻分制超聲波定位系統100的超聲波接收端2的框圖。

圖4是根據本發明頻分制超聲波定位系統的頻分制測距方法示意圖。

圖5是根據本發明頻分制超聲波定位系統的定位方法示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。