[發明專利]一種用于模擬座艙內的超聲波無線位移測量方法及系統

有效

• 申請號: 201410468583.0
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104199038A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 趙丁選;逯焱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01S15/46;G06F19/00
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 孫國棟

技術領域

本發明涉及一種位移測量方法及系統，尤其是一種用于模擬座艙內的超聲波無線位移測量方法及系統。

背景技術

使用虛擬現實技術開發的人機交互平臺已得到越來越廣泛的關注，整個系統由模擬座艙、運動系統、視景系統、計算機系統及控制臺五大部分組成，是綜合了機器設計、液壓或電動控制、數學建模、計算機圖形學、人機交互、網絡通訊等多學科的前沿技術，無論在軍用還是在民用方面都有廣闊的應用前景。其中模擬座艙系統是虛擬現實技術在航空航天、車輛制造、船只設計中最成功的應用，其技術的改進對于新機型的研發、駕駛員的培訓有著重要的意義。

位移測量是工業中經常遇到的一個問題。針對不同用途和要求(從測量范圍、精度要求、測量條件等考慮)，位移測量有多種測量技術。同核輻射測位移、微波測位移、光學測位移等相比，超聲波測位移有很多優點，與放射性技術相比不需防護；與目前的激光測距相比，超聲技術雖在精度上略遜一籌，但比較簡單、價格低廉；更重要的是在惡劣環境下，激光測距將受到嚴重干擾，此時超聲測量的高精度就會體現出來。

傳統的超聲波測距，設計單一，數據傳輸過程繁瑣，且需要TXD、RXD與計算機相連完成數據通訊。另外，由于模擬座艙內空間小，又有儀表、駕駛桿、腳蹬等多個設備同時操作，超聲波在小空間內傳導會產生波形疊加，影響測量數值的準確性。因此，傳統的方法不能完成模擬座艙內超聲波精確測距的要求。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述缺陷，提供一種用于模擬座艙內的超聲波無線位移測量方法及系統。

本發明提供一種用于模擬座艙內的超聲波無線位移測量系統，該系統包括：發射裝置，包括發射超聲波的超聲波發射器，偵測攜帶該發射裝置的移動物體的速度、方向以及角度的修正裝置，無線傳輸裝置以及處理裝置；多個接收器，接收發射裝置中的超聲波發射器發射的超聲波，并發送信息至位置計算器；位置計算器，包括：接收單元，接收多個接收器以無線的方式發送的信息以及無線傳輸裝置以無線的方式發射的修正裝置所獲得的速度、方向以及角度數據；實時位置計算單元，使用接收器發送的信息計算移動物體的實時位置；修正位置計算單元，使用修正裝置提供的速度、方向以及角度數據計算移動物體的修正位置；估算位置計算單元，使用最小均方誤差為最佳估計準則，采用超聲波信號的狀態空間模型，利用前一時刻的位置估計值和當前時刻的觀測值來更新對狀態變量的估計，求出當前時刻的最優位置估計值；控制單元，利用上述獲得的移動物體的實時位置、修正位置以及最優位置估計值，計算移動物體的準確位置。

其中超聲波發射器連接處理裝置，在處理裝置的控制下發射超聲波并在發射的超聲波中攜帶二元組[E_i，t]，E_i為超聲波發射器i的ID，該ID是系統預先分配給超聲波發射器的，可以在該系統內唯一標識該超聲波發射器，t是發射此次超聲波的時間。

其中接收器從接收的超聲波中解析出二元組[E_i，t]，根據該二元組形成四元組[E_i，R_j，P_j,D_ij],其中E_i為發射器的ID，R_j為接收器的ID，P_j為該接收器j的位置數據，P_j＝(x_j,y_j,z_j)，為接收器j的三維坐標，D_ij為發射器i和接收器j之間的距離，使用如下公式計算D_ij：

D_ij＝(T-t)*v

T為接收器j接收到發射器i所發射的超聲波的時間，t為發射器i發射超聲波的時間，v為超聲波的傳播速度。

其中位置計算器的接收單元接收接收器發送的四元組，實時位置計算單元利用下述公式計算移動物體的實時位置I＝(x，y，z)：

(x-x_j)²+(y-y_j)²+(z-z_j)²＝D_ij

設置接收器的數量大于等于3，即可求解出I的解，即移動物體的實時位置。

其中修正位置計算單元利用下述公式計算移動物體的修正位置K：

K＝I’+ΔX

其中I’為前一時刻的實時位置，ΔX為根據修正裝置發送的數據而獲得的移動物體的慣性位移。