專利名稱：基于聲波的空間定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及定位領(lǐng)域，特別是涉及一種基于聲波的空間定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前室內(nèi)定位技術(shù)有很多種，如A-GPS定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅 外線技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無線局域網(wǎng)絡(luò)、光跟蹤定位技術(shù)，以及圖像分析、信 標(biāo)定位、計(jì)算機(jī)視覺定位技術(shù)等等，各有各的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。其中，A-GPS、藍(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無線局域網(wǎng)絡(luò)等 定位技術(shù)定位精度都比較差，一般在米級(jí)分辨率；光跟蹤定位技術(shù)、圖像分析、計(jì)算機(jī)視覺 定位技術(shù)雖精度較高，但是系統(tǒng)成本比較高；現(xiàn)行的超聲波室內(nèi)定位技術(shù)可以有較高精度， 但是普遍采用的是超聲波反射回波測(cè)距，然后根據(jù)計(jì)算距離對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行定位，但由于 超聲波發(fā)送端接受回波，這種情況會(huì)存在超聲波多徑效應(yīng)的影響，從而無法保證測(cè)量的靈 敏性和準(zhǔn)確性。

實(shí)用新型內(nèi)容基于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種基于聲波的空間定 位系統(tǒng)，可以方便對(duì)空間中的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確定位。本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種基于聲波的空間定位系統(tǒng)，包括多個(gè)聲波接收裝置、聲波發(fā)送裝置和處理裝置；多個(gè)聲波接收裝置，用于設(shè)置在所定位空間中多個(gè)接收位置接收被測(cè)對(duì)象所發(fā)送 的具有一定頻譜特征的聲波，并將所接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；聲波發(fā)送裝置，用于設(shè)置在被測(cè)對(duì)象上，向所定位空間中發(fā)送具有一定頻譜特征 的聲波；處理裝置，用于記錄所述聲波發(fā)送裝置發(fā)送聲波的頻譜特征；并接收所述多個(gè)聲 波接收裝置根據(jù)所接收聲波轉(zhuǎn)換的多個(gè)電信號(hào)；將各電信號(hào)中承載的聲波信號(hào)的頻譜特征 與所記錄的被測(cè)對(duì)象所發(fā)送聲波的頻譜特征進(jìn)行匹配，利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差 計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接收位置之間的距離，并通過得出的距離計(jì)算確定被測(cè)對(duì)象在所定 位空間中的空間位置。所述處理裝置包括記錄單元、電信號(hào)接收單元、計(jì)時(shí)單元、計(jì)算處理單元和輸出裝置；記錄單元，用于記錄聲波發(fā)送裝置所發(fā)送聲波的頻譜特征；電信號(hào)接收單元，用于接收所述多個(gè)聲波接收裝置根據(jù)所接收聲波轉(zhuǎn)換的多個(gè)電 信號(hào)；計(jì)時(shí)單元，用于根據(jù)所述聲波發(fā)送裝置發(fā)送聲波的時(shí)刻與所述聲波接收裝置接收 聲波的時(shí)刻得出接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差；
3[0016]計(jì)算處理單元，用于利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接 收位置之間的距離，并通過得出的距離計(jì)算確定被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置；輸出裝置，用于輸出被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置信息。所述計(jì)時(shí)單元包括多個(gè)接收計(jì)時(shí)子單元、發(fā)送計(jì)時(shí)單元和計(jì)算單元；所述多個(gè)接收計(jì)時(shí)子單元，分別用于記錄各聲波接收裝置接收到聲波的時(shí)刻；所述發(fā)送計(jì)時(shí)單元，用于記錄所述聲波發(fā)送裝置發(fā)送聲波的時(shí)刻；計(jì)算單元，用于根據(jù)所述各接收計(jì)時(shí)子單元記錄的接收到聲波的時(shí)刻與所述發(fā)送 計(jì)時(shí)單元記錄的發(fā)送聲波的時(shí)刻，計(jì)算得出發(fā)送聲波與各接收位置的聲波接收裝置接收到 聲波之間的時(shí)間差。所述輸出裝置包括語音輸出裝置和/或顯示輸出裝置。所述聲波接收裝置包括聲波接收器和轉(zhuǎn)換單元；所述聲波接收器，用于接收聲波；所述轉(zhuǎn)換單元，用于將所述聲波接收器接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。從上述本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案中可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例中利用 聲波信號(hào)傳輸?shù)乃俣扰c發(fā)送、接收該聲波的時(shí)間差來計(jì)算所定位的被測(cè)對(duì)象與多個(gè)接收位 置之間的距離，從而利用獲得的距離計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置。該定 位方法可利用普通聲波或超聲波，由于聲波發(fā)送端不接受回波，在這種情況下可以減弱聲 波多徑效應(yīng)產(chǎn)生的影響，保證測(cè)量的靈敏性和準(zhǔn)確性，并且，該方法簡(jiǎn)單，成本低。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例二提供的定位系統(tǒng)的處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的定位系統(tǒng)的處理裝置的計(jì)時(shí)單元結(jié)構(gòu)框圖圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的定位系統(tǒng)的聲波接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的定位方法示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。實(shí)施例本實(shí)施例提供一種基于聲波的空間定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例一中 給出的定位方法，如圖1所示，該系統(tǒng)包括多個(gè)聲波接收裝置21、22…2N、聲波發(fā)送裝置31和處理裝置41 ；多個(gè)聲波接收裝置21、22···2Ν，用于設(shè)置在所定位空間中多個(gè)接收位置接收被測(cè) 對(duì)象所發(fā)送的具有一定頻譜特征的聲波，并將所接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；聲波發(fā)送裝置31，用于設(shè)置在被測(cè)對(duì)象上，向所定位空間中發(fā)送具有一定頻譜特 征的聲波；[0041 ] 處理裝置41，用于記錄所述聲波發(fā)送裝置31發(fā)送聲波的頻譜特征；并接收所述多 個(gè)聲波接收裝置21、22…2N根據(jù)所接收聲波轉(zhuǎn)換的多個(gè)電信號(hào)；將各電信號(hào)中承載的聲波 信號(hào)的頻譜特征與所記錄的被測(cè)對(duì)象所發(fā)送聲波的頻譜特征進(jìn)行匹配，利用接收和發(fā)送聲 波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接收位置之間的距離，并通過得出的距離計(jì)算確定 被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置。如圖2所示，上述定位系統(tǒng)中的處理裝置，包括記錄單元210、電信號(hào)接收單元211、計(jì)時(shí)單元212、計(jì)算處理單元213和輸出裝置 214 ；記錄單元210，用于記錄聲波發(fā)送裝置31所發(fā)送聲波的頻譜特征；電信號(hào)接收單元211，用于接收所述多個(gè)聲波接收裝置21、22…2N根據(jù)所接收聲 波轉(zhuǎn)換的多個(gè)電信號(hào)；計(jì)時(shí)單元212，用于根據(jù)所述聲波發(fā)送裝置31發(fā)送聲波的時(shí)刻與所述聲波接收裝 置21、22…2N接收聲波的時(shí)刻得出接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差；計(jì)算處理單元213，用于利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與 各接收位置之間的距離，并通過得出的距離計(jì)算確定被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位 置；輸出裝置214，用于輸出被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置信息，輸出裝置可采 用語音輸出裝置和/或顯示輸出裝置。如圖3所示，上述處理裝置中的計(jì)時(shí)單元包括多個(gè)接收計(jì)時(shí)子單元2121、2122··· 212η、發(fā)送計(jì)時(shí)單元312和計(jì)算單元313 ；所述多個(gè)接收計(jì)時(shí)子單元2121、2122··· 212η，分別用于記錄各聲波接收裝置接收 到聲波的時(shí)刻；所述發(fā)送計(jì)時(shí)單元312，用于記錄所述聲波發(fā)送裝置發(fā)送聲波的時(shí)刻；計(jì)算單元313，用于根據(jù)所述各接收計(jì)時(shí)子單元2121、2122··· 212η記錄的接收到 聲波的時(shí)刻與所述發(fā)送計(jì)時(shí)單元312記錄的發(fā)送聲波的時(shí)刻，計(jì)算得出發(fā)送聲波與各接收 位置的聲波接收裝置接收到聲波之間的時(shí)間差。如圖4所示，上述定位系統(tǒng)中的聲波接收裝置包括聲波接收器411和轉(zhuǎn)換單元412 ；所述聲波接收器411，用于接收聲波；所述轉(zhuǎn)換單元412，用于將所述聲波接收器接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以利用聲波或超聲波，方便的對(duì)被測(cè)位置在測(cè)量空間中的位 置進(jìn)行定位。可以知道，上述定位系統(tǒng)中的處理裝置可以用硬件電路模塊的方式實(shí)現(xiàn)，也可以 在計(jì)算機(jī)中設(shè)置軟件模塊的方式實(shí)現(xiàn)。利用本實(shí)施例提供定位系統(tǒng)基于聲波進(jìn)行空間定位的方法，具體包括下述步驟從所定位空間中多個(gè)接收位置接收被測(cè)對(duì)象所發(fā)送的具有一定頻譜特征的聲波， 并記錄被測(cè)對(duì)象所發(fā)送聲波的頻譜特征；一般在所定位空間中至少設(shè)置四個(gè)接收位置，四 個(gè)接收位置分布設(shè)置在所定位空間中的不同平面上；上述步驟中，具體是在所定位空間中的多個(gè)接收位置均設(shè)置聲波接收裝置，在被
5測(cè)對(duì)象上設(shè)置聲波發(fā)送裝置，所定位空間中的多個(gè)聲波接收裝置接收被測(cè)對(duì)象上設(shè)置的聲 波發(fā)送裝置向所定位空間中發(fā)出的一定頻譜特征的聲波。將多個(gè)接收位置接收的聲波轉(zhuǎn)換為多個(gè)電信號(hào)；將各個(gè)電信號(hào)中承載的聲波信號(hào)的頻譜特征與所記錄的被測(cè)對(duì)象所發(fā)送聲波的 頻譜特征進(jìn)行匹配，利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接收位置之 間的距離；通過得出的距離計(jì)算確定被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置。一般通過得出的 距離利用三角計(jì)算法計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置。上述方法中，所述利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接收 位置之間的距離具體為利用發(fā)送聲波與接收聲波之間的時(shí)間差與聲波傳播速度的乘積來 得出接收位置與發(fā)送聲波的被測(cè)對(duì)象之間的距離。下面結(jié)合圖5所示的示意圖，對(duì)上述定位系統(tǒng)的定位方法作進(jìn)一步說明(1)在需要測(cè)量場(chǎng)所安放若干聲波接收器1、2、3…η作為接收位置，各聲波接收 器均連接到計(jì)算機(jī)5，并確定各聲波接收器的精確位置，聲波接收器數(shù)量可由所測(cè)量場(chǎng)所空 間大小決定，一般至少設(shè)置4個(gè)以上聲波接收器(即在所測(cè)量場(chǎng)所空間中設(shè)置多個(gè)接收位 置)，并且均不在同一個(gè)平面之內(nèi)；(2)將聲波發(fā)生裝置6安放在被測(cè)物體上，該聲波發(fā)生裝置6通過無線的方式與計(jì) 算機(jī)5連接；(3)聲波發(fā)生裝置6發(fā)送一定頻譜特征的聲波，可以由計(jì)算機(jī)5控制按照指令來發(fā) 送一定頻譜特征的聲波；(4)設(shè)置在接收位置的聲波接收器1、2、3…η將接收到的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā) 送到計(jì)算機(jī)5上；(5)計(jì)算機(jī)5對(duì)各聲波接收器1、2、3…η接收到聲波的信號(hào)頻譜特征(即各聲波 接收器1、2、3…η將接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，電信號(hào)中承載對(duì)應(yīng) 聲波的頻率特征)與聲波發(fā)生裝置發(fā)送聲波的頻譜特征進(jìn)行匹配，利用接收和發(fā)送聲波之 間的時(shí)間差計(jì)算出聲波發(fā)生裝置與各聲波接收器之間的距離(即計(jì)算得出被測(cè)物體與接 收位置之間的距離)；(6)根據(jù)計(jì)算得出的聲波發(fā)生裝置與各聲波接收器之間的距離，利用三角計(jì)算法 計(jì)算得出聲波發(fā)生裝置的空間位置，即確定聲波發(fā)生裝置所安裝的被測(cè)物體在測(cè)量場(chǎng)所空 間中的位置。本實(shí)施例中的定位方法，若定位精度要求低，可以使用普通聲波(如音樂)進(jìn)行 定位，普通聲波由于波長(zhǎng)較長(zhǎng)，可以繞行通過一定的障礙物，適合應(yīng)用在環(huán)境比較復(fù)雜的場(chǎng) 所；若定位精度要求較高的場(chǎng)所，則可以使用超聲波；由于發(fā)送聲波的發(fā)送端不接受回波， 在這種情況下可以減弱聲波多徑效應(yīng)產(chǎn)生的影響，保證測(cè)量的靈敏性和準(zhǔn)確性；并且，實(shí)現(xiàn) 該定位方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例中利用聲波信號(hào)傳輸?shù)乃俣扰c發(fā)送、接收該聲波的 時(shí)間差來計(jì)算所定位的被測(cè)對(duì)象與多個(gè)接收位置之間的距離，從而利用獲得的距離計(jì)算得 出被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置。該定位方法可利用普通聲波或超聲波，由于聲波 發(fā)送端不接受回波，在這種情況下可以減弱聲波多徑效應(yīng)產(chǎn)生的影響，保證測(cè)量的靈敏性
6和準(zhǔn)確性。 以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該 以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種基于聲波的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)聲波接收裝置、聲波發(fā)送裝置和處理裝置；多個(gè)聲波接收裝置，用于設(shè)置在所定位空間中多個(gè)接收位置接收被測(cè)對(duì)象所發(fā)送的具有一定頻譜特征的聲波，并將所接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；聲波發(fā)送裝置，用于設(shè)置在被測(cè)對(duì)象上，向所定位空間中發(fā)送具有一定頻譜特征的聲波；處理裝置，用于記錄所述聲波發(fā)送裝置發(fā)送聲波的頻譜特征；并接收所述多個(gè)聲波接收裝置根據(jù)所接收聲波轉(zhuǎn)換的多個(gè)電信號(hào)；將各電信號(hào)中承載的聲波信號(hào)的頻譜特征與所記錄的被測(cè)對(duì)象所發(fā)送聲波的頻譜特征進(jìn)行匹配，利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接收位置之間的距離，并通過得出的距離計(jì)算確定被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置。
2.如權(quán)利要求1所述的基于聲波的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述處理裝置包括 記錄單元、電信號(hào)接收單元、計(jì)時(shí)單元、計(jì)算處理單元和輸出裝置；記錄單元，用于記錄聲波發(fā)送裝置所發(fā)送聲波的頻譜特征；電信號(hào)接收單元，用于接收所述多個(gè)聲波接收裝置根據(jù)所接收聲波轉(zhuǎn)換的多個(gè)電信號(hào)；計(jì)時(shí)單元，用于根據(jù)所述聲波發(fā)送裝置發(fā)送聲波的時(shí)刻與所述聲波接收裝置接收聲波 的時(shí)刻得出接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差；計(jì)算處理單元，用于利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接收位 置之間的距離，并通過得出的距離計(jì)算確定被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置； 輸出裝置，用于輸出被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置信息。
3.如權(quán)利要求2所述的基于聲波的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)時(shí)單元包括 多個(gè)接收計(jì)時(shí)子單元、發(fā)送計(jì)時(shí)單元和計(jì)算單元；所述多個(gè)接收計(jì)時(shí)子單元，分別用于記錄各聲波接收裝置接收到聲波的時(shí)刻； 所述發(fā)送計(jì)時(shí)單元，用于記錄所述聲波發(fā)送裝置發(fā)送聲波的時(shí)刻； 計(jì)算單元，用于根據(jù)所述各接收計(jì)時(shí)子單元記錄的接收到聲波的時(shí)刻與所述發(fā)送計(jì)時(shí) 單元記錄的發(fā)送聲波的時(shí)刻，計(jì)算得出發(fā)送聲波與各接收位置的聲波接收裝置接收到聲波 之間的時(shí)間差。
4.如權(quán)利要求2所述的基于聲波的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出裝置包括 語音輸出裝置和/或顯示輸出裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的基于聲波的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述聲波接收裝置包括聲波接收器和轉(zhuǎn)換單元； 所述聲波接收器，用于接收聲波；所述轉(zhuǎn)換單元，用于將所述聲波接收器接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于聲波的空間定位系統(tǒng)。包括多個(gè)聲波接收裝置、聲波發(fā)送裝置和處理裝置；多個(gè)聲波接收裝置，用于接收被測(cè)對(duì)象所發(fā)送的聲波，并將所接收聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；聲波發(fā)送裝置，用于向所定位空間中發(fā)送一定頻譜特征的聲波；處理裝置，用于記錄發(fā)送聲波的頻譜特征；并接收根據(jù)所接收聲波轉(zhuǎn)換的電信號(hào)；將各電信號(hào)中承載的聲波信號(hào)的頻譜特征與所記錄的被測(cè)對(duì)象所發(fā)送聲波的頻譜特征匹配，利用接收和發(fā)送聲波之間的時(shí)間差計(jì)算得出被測(cè)對(duì)象與各接收位置之間的距離，并通過得出的距離計(jì)算確定被測(cè)對(duì)象在所定位空間中的空間位置。該系統(tǒng)可利用普通聲波或超聲波，由于不接受回波，可減弱聲波多徑效應(yīng)的影響，保證測(cè)量的靈敏性和準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01S5/22GK201654224SQ20102014364
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者周三元, 竇萬成, 貢祥林, 鄭進(jìn)科, 陳靜 申請(qǐng)人:北京物資學(xué)院