[發(fā)明專利]一種超聲波測距方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201510036902.5 | 申請日： | 2015-01-23 |
| 公開（公告）號： | CN104678398B | 公開（公告）日： | 2017-07-28 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 黃耀霖;丁勝東;彭斌 | 申請（專利權(quán)）人： | 廣州快飛計算機科技有限公司 |
| 主分類號： | G01S15/08 | 分類號： | G01S15/08;G01S15/12 |
| 代理公司： | 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11201 | 代理人： | 張大威 |
| 地址： | 510000 廣東省廣州*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 超聲波 測距 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及無人飛行器的測距技術(shù)。
背景技術(shù)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)技術(shù)也逐步趨向自動化發(fā)展。目前，可利用無人飛行器在預(yù)定的高度內(nèi)對大片的農(nóng)田進行播種作業(yè)。無人飛行器一般采用超聲波測距技術(shù)判斷自身的與地面之間的飛行高度。超聲波距離傳感器，在成本、精度、可靠性、指向性方面都有較大優(yōu)勢。超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。
如圖1所示，測距公式表示為：d＝(△t*C*cosα)/2，d為測量距離長度，△t為超聲波發(fā)射頭1發(fā)聲開始到超聲波接收頭2接收到從地面3反射聲波所經(jīng)歷的時間，C為聲波在空氣中的傳播速度(344m/s(20℃))，α為超聲波發(fā)射頭1或超聲波接收頭2與法線4之間的夾角，在實際工程應(yīng)用中，超聲波發(fā)射頭和超聲波接收頭可用同一個物理器件實現(xiàn)，或射頭和接收頭的距離非常近，故有cosα＝1。因此，精確測量△t即可得到距離d。
在傳統(tǒng)超聲波測量距離的方法中，假定所使用的超聲波頻率固定為40kHz，超聲波發(fā)射頭在一個測量過程中，其工作節(jié)拍可分解為：1、發(fā)射頭發(fā)射10個超聲波脈沖并計時t1；2、發(fā)射頭靜默；3、打開接收頭；4、等待回波反射5、確認回波反射并計時t2；6、計算距離；7、返回1，周而復(fù)始。
在t1時刻發(fā)射頭開始工作，以脈沖的形式發(fā)射10個波形后停止工作；接收頭接收到反射回波的時刻記作t2，△t＝t2-t1，即△t為傳統(tǒng)測量方法完成一次測距所需的最小時間。實際情況中，單次測量時間消耗還需考慮微處理器帶入方程d＝(△t*C*cosα)/2進行運算所消耗的時間，記作tc。總的測量時間ta＝△t+tc。隨著被測距離的增大，△t增大，總的測量時間ta亦增大，當測量距離達到5米時，△t達到29ms，測量系統(tǒng)的響應(yīng)頻率低于20Hz。加上與超聲波測距匹配的軟件濾波算法后，精準測量的頻率低于2Hz，這個響應(yīng)頻率對于飛行速度超過15m/s的無人飛行器來說顯然是不滿足實際要求的。因此，提高超聲波測量系統(tǒng)的響應(yīng)頻率成了超聲波測距方式在無人飛行器測距系統(tǒng)應(yīng)用中的重要一環(huán)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種超聲波測距方法，其能解決無人飛行器測距頻率低的問題。
為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
一種超聲波測距方法，其應(yīng)用于無人飛行器的信號控制處理模塊中，所述無人飛行器安裝有超聲波發(fā)射頭和超聲波接收頭，超聲波發(fā)射頭和超聲波接收頭均與信號控制處理模塊連接，其包括以下步驟：
步驟1、關(guān)閉超聲波接收頭，超聲波發(fā)射頭以預(yù)設(shè)的時間間隔T1依次向地面發(fā)射n個超聲波脈沖，n個超聲波脈沖的頻率按照預(yù)設(shè)的頻率步長依次遞增或遞減，其中，n為大于1的自然數(shù)；
步驟2、當超聲波發(fā)射頭發(fā)射完第n個超聲波脈沖時，打開超聲波接收頭，超聲波接收頭依次接收由地面反射的所述n個超聲波脈沖，并當每次接收到超聲波脈沖時，根據(jù)公式一計算相應(yīng)的測距時間△Tn，公式一為△Tn＝Trn-Ttn，其中，Ttn為超聲波發(fā)射頭發(fā)射第n個超聲波脈沖時的時刻，Trn為超聲波接收頭接收到第n個超聲波脈沖的時刻；
步驟3、當每次得到相應(yīng)的測距時間△Tn時，根據(jù)公式二計算無人飛行器與地面之間的當前距離dn；
公式二為dn＝(△Tn*C*cosα)/2，其中，C為聲速，α為超聲波發(fā)射頭或超聲波接收頭與法線之間的夾角，所述法線與地面垂直。
優(yōu)選的，在步驟1之前還有以下步驟：打開超聲波接收頭，超聲波發(fā)射頭向地面發(fā)射一超聲波脈沖，超聲波接收頭接收到所述超聲波脈沖后，計算超聲波脈沖從超聲波發(fā)射頭發(fā)射至到達超聲波接收頭所經(jīng)歷的測試時間△T，利用公式n＝△T/T1得到一個周期所允許的發(fā)射的超聲波脈沖的數(shù)量n。
優(yōu)選的，步驟1中，超聲波發(fā)射頭發(fā)射一次超聲波脈沖的時間記為T2，相鄰的兩個超聲波脈沖之間的時間記為T3，則T1＝T2+T3。
優(yōu)選的，T1＝1ms。
優(yōu)選的，步驟1中，每一個超聲波脈沖所具有的波形的數(shù)量為10個。
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