[發(fā)明專利]基于聲波相位的測距方法、測距系統(tǒng)及三維空間定位系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810361878.6
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN110389343B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 劉洋;張武雄;房衛(wèi)東;郜偉偉;楊旸
• 申請（專利權）人: 上海無線通信研究中心;福州物聯(lián)網開放實驗室有限公司
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08
• 代理公司: 北京汲智翼成知識產權代理事務所(普通合伙) 11381
• 代理人: 陳曦;董燁飛

1.一種基于聲波相位的測距方法，其特征在于包括如下步驟：

⑴在移動設備與聲源之間實現聲波的相位同步；

⑵測量所述移動設備與所述聲源之間的聲波相位差，獲得兩者之間的距離，

其中，所述步驟⑴中，對移動設備的接收信號v₀進行帶通濾波，使v₀中具有ω′頻率的信號通過，得到信號v₀′；基于信號v₀′產生正交信號q₁v₀′和q₂v₀′；在相位檢測環(huán)節(jié)中利用自動控制模塊的輸出ω″作為輸入，對q₁v₀′和q₂v₀′中頻率為ω″的載波進行相位檢測，得到正交的相位信號d₁v₀′和d₂v₀′；利用反正切變換解調d₁v₀′和d₂v₀′中的相位信息，得到當前v₀′中ω′頻率信號的當前相位θ；利用頻率值ω和當前相位θ作為輸入，動態(tài)調整估計值ω′使θ在0附近趨于穩(wěn)定，實現移動設備與聲源之間的相位同步，

所述正交信號通過信號延時1/4個周期實現；或者，通過希爾伯特變換實現；或者，通過二階廣義積分器實現，

其中，所述相位檢測是將輸入信號與其正交信號相乘，經過低通濾波器后得到信號的相位信息；或者，利用自動控制模塊的輸出ω″作為輸入，采用Park變換的方法對q₁v₀′和q₂v₀′中頻率為ω″的載波進行相位檢測，得到正交的相位信號d₁v₀′和d₂v₀′。

2.如權利要求1所述的測距方法，其特征在于：

所述步驟⑴中，利用信號傳輸線直接連接移動設備與聲源，實現所述移動設備與所述聲源之間的相位同步。

3.如權利要求1所述的測距方法，其特征在于所述移動設備與所述聲源之間的距離R_d通過如下公式獲得：

其中，R₀為初始位置的距離，v_s代表當前環(huán)境下聲波的傳播速度，ω′代表聲波的角頻率，Δθ為聲波相位差。

4.如權利要求3所述的測距方法，其特征在于所述聲波相位差Δθ通過如下公式獲得：

Δθ＝2πk+θ₁

其中，θ₁是相位在當前周期內的值與初始相位θ₀的差，k為相位卷繞的次數。

5.如權利要求4所述的測距方法，其特征在于所述相位卷繞的次數k通過如下步驟獲得：

首先將接收的每一幀的信號送入一個滑動數據窗口；在該滑動數據窗口內，檢測是否存在波峰和波谷；如果存在，則記錄波峰和波谷的位置，如果滑動數據窗口內同時存在波峰和波谷，并且所述波峰和波谷在之前的滑動數據窗口內未被檢測，則根據所述波峰和波谷的位置判斷k值是增加1還是減少1，否則k值保持不變；其中，如果波峰在波谷之前，則k值加1；如果波峰在波谷之后，則k值減1，然后標記所述波峰和波谷已經被檢測。