出在當(dāng)前環(huán)境條件下精確的聲速。
[0047] 上述計(jì)算過(guò)程由移動(dòng)定位模塊內(nèi)的中央處理器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)機(jī)器人將接收到的超聲 波信號(hào)會(huì)同電子地圖一起放入中央處理器的運(yùn)算模塊中進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)比較接收到的超聲 波信號(hào)的相位差，來(lái)判斷機(jī)器人在電子地圖中的角度，最終將所得的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)無(wú)線傳 送給電子定位平臺(tái)，生成機(jī)器人的導(dǎo)航信息并顯示。
[0048] 本實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)的精度標(biāo)準(zhǔn)為：常規(guī)精度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：定位誤差1cm，比現(xiàn)有最 好的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)提高一個(gè)精度數(shù)量等級(jí)；中等精度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：定位誤差1mm，本 實(shí)施例所能達(dá)到的理論精度〈0. 1mm。
[0049] 不同的精度等級(jí)是由信標(biāo)安裝精度、機(jī)械制造精度、電路精度(主要是模擬部分)、 補(bǔ)償算法決定的，利用補(bǔ)償算法來(lái)解決這些問(wèn)題，可在保障精度的同時(shí)降低造價(jià)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)，其特征在于：包括若干個(gè)固定位置的信標(biāo)模塊、至 少一個(gè)移動(dòng)定位模塊和電子定位平臺(tái)； 所述信標(biāo)模塊包括： 第一無(wú)線收發(fā)模塊，用于以無(wú)線的方式與移動(dòng)定位模塊和/或電子定位平臺(tái)聯(lián)絡(luò)，收 發(fā)指令和同步信號(hào)； 超聲波發(fā)射模塊，用于發(fā)出已編址的超聲波信號(hào)； 第一智能處理模塊，用于處理接收的指令和儲(chǔ)存超聲波編碼，處理同步時(shí)序安排； 所述移動(dòng)定位模塊安裝于移動(dòng)體上，包括： 第二無(wú)線收發(fā)模塊，用于負(fù)責(zé)與信標(biāo)模塊和電子定位平臺(tái)聯(lián)絡(luò)，收發(fā)無(wú)線同步信號(hào)，以 及接收對(duì)待接收的超聲波信號(hào)做出的時(shí)序安排； 超聲波接收陣列，用于接收來(lái)自不同角度的超聲波信號(hào)； 第二智能處理模塊，包括陣列處理模塊和中央處理器； 所述陣列處理模塊用于將接收的超聲波信號(hào)放大，根據(jù)其信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)進(jìn)行增益 控制，使輸出的超聲波模擬信號(hào)強(qiáng)度保持相對(duì)穩(wěn)定，并將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)； 所述中央處理器用于處理接收到的指令、模塊各部分的邏輯關(guān)系、做出同步時(shí)序安排、 識(shí)別編碼、儲(chǔ)存和分析接收到的超聲波數(shù)據(jù)信息，并將超聲波數(shù)據(jù)會(huì)同電子定位平臺(tái)發(fā)送 來(lái)的電子地圖一起放入計(jì)算單元中進(jìn)行計(jì)算處理，得到位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 所述電子定位平臺(tái)用于構(gòu)建電子地圖，并向移動(dòng)定位模塊發(fā)送電子地圖，以無(wú)線方式 傳給移動(dòng)定位模塊進(jìn)行移動(dòng)體的調(diào)度；還用于協(xié)調(diào)信標(biāo)模塊和移動(dòng)定位模塊的同步，接收 從各個(gè)移動(dòng)定位模塊上傳的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)，其特征在于：所述陣列處理模塊 包括前置放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊； 所述前置放大模塊用于將接收的超聲波信號(hào)放大，根據(jù)其信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)進(jìn)行增益控 制，使輸出的超聲波模擬信號(hào)強(qiáng)度保持相對(duì)穩(wěn)定； 所述A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)的超聲波模擬信號(hào)連續(xù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并存 儲(chǔ)；通過(guò)中央處理器掃描采集到的超聲波信號(hào)幅度，處理該組超聲波數(shù)據(jù)；根據(jù)接收到的 超 聲波脈沖群的平均幅值，來(lái)計(jì)算用于判斷的閾值；達(dá)到判斷閾值的點(diǎn)則認(rèn)為當(dāng)前測(cè)試 的超聲波信號(hào)到達(dá)起始點(diǎn)，否則認(rèn)為是噪聲信號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)，其特征在于：所述移動(dòng)體為 機(jī)器人或智能車。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)，其特征在于：所述電子定位 平臺(tái)包括： 搭載電子地圖的計(jì)算機(jī)，用于向移動(dòng)定位模塊發(fā)送電子地圖； 第三無(wú)線收發(fā)模塊，用于傳送電子地圖，并發(fā)送定位同步信號(hào)，協(xié)調(diào)信標(biāo)模塊和移動(dòng)定 位模塊的時(shí)序，接收各個(gè)移動(dòng)定位模塊上傳的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 顯示器，用于顯示電子地圖。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲波收發(fā)陣 列為具有至少四個(gè)超聲波感應(yīng)元的集成陣列，或由至少四個(gè)獨(dú)立的超聲波傳感器分散而成 的陣列；所述前置放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊的通道數(shù)量與超聲波感應(yīng)元的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。6. -種根據(jù)權(quán)利要求]-5任一項(xiàng)所述無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)的定位方法，其特征 在于：包括以下步驟： (1) 由機(jī)器人定位終端依據(jù)移動(dòng)體行走的起始坐標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合定位后沿預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌 跡可能達(dá)到的坐標(biāo)，計(jì)算規(guī)劃出每個(gè)可能達(dá)到的坐標(biāo)處所需的至少兩個(gè)信標(biāo)模塊，依次序 分別呼喚需要的信標(biāo)模塊，建立信標(biāo)模塊和機(jī)器人定位終端的同步測(cè)試關(guān)系； (2) 收到同步信號(hào)的機(jī)器人定位終端啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間窗口T，接收信標(biāo)模塊按時(shí)序發(fā) 來(lái)的已編碼的超聲波信號(hào)，分別標(biāo)記接收到的時(shí)間為ThT2，…，，其中，i與所呼喚信標(biāo)模 塊的數(shù)量相同；處理計(jì)算每個(gè)時(shí)間段接收到的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)段，識(shí)別其編碼，若接收到多 組相同編碼的超聲波信號(hào)，只取最先到達(dá)的一組超聲波編碼信號(hào)，剔除其余雜波，再經(jīng)計(jì)算 找到每個(gè)時(shí)間段最先到達(dá)的此組超聲波編碼信號(hào)的起頭時(shí)間T/，T2'，…，IV; (3)計(jì)算得到超聲波接收陣列與每個(gè)信標(biāo)模塊之間的距離\為21=T/Xc，其中，c為超聲波信號(hào)在常溫下的傳播速度，并修正超聲波信號(hào)的傳播速度c; (4) 計(jì)算得出超聲波接收陣列理論中心與每個(gè)信標(biāo)模塊的距離1^以及信標(biāo)模塊與超聲 波接收陣列理論中心的右旋角Y1; (5) 計(jì)算機(jī)器人所在位置的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)或三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)； (6) 將所得的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)或三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)無(wú)線傳送給電子定位平臺(tái)，生成機(jī)器人的 位置信息。7. -種根據(jù)權(quán)利要求6所述無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于：步驟 (2)中，所述實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)包括：將在T時(shí)刻內(nèi)接收的超聲波信號(hào)根據(jù)其信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)進(jìn) 行增益控制，輸出穩(wěn)定的超聲波幅值動(dòng)態(tài)范圍；再將該超聲波模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并 存儲(chǔ)；所述處理計(jì)算每個(gè)時(shí)間段接收到的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)段包括：處理轉(zhuǎn)換后的超聲波數(shù) 字信號(hào)，計(jì)算得到判斷閾值，若采集到的超聲波信號(hào)的幅值達(dá)到判斷閾值則認(rèn)為當(dāng)前信號(hào) 為超聲波信號(hào)，否則認(rèn)為是噪聲信號(hào)。8. -種根據(jù)權(quán)利要求6或7所述無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于： 步驟（1)中，還包括：由移動(dòng)定位模塊向電子定位平臺(tái)申請(qǐng)定位，由電子定位平臺(tái)查詢移動(dòng) 定位模塊所呼喚的信標(biāo)模塊是否被其它移動(dòng)體占用，若已占用，則通知移動(dòng)定位模塊需間 隔某一時(shí)間后再動(dòng)作，間隔時(shí)間到后，繼續(xù)完成后面的定位測(cè)試。9. 一種根據(jù)權(quán)利要求6或7所述無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于： 步驟（4)中，具體包括：檢測(cè)超聲波接收陣列的不同超聲波感應(yīng)元接收到的超聲波的編碼 是否相同，若相同則甄選出該編碼的信標(biāo)模塊發(fā)射的超聲波信號(hào)到達(dá)超聲波感應(yīng)元時(shí)間最 短的兩路信號(hào)，并結(jié)合相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)超聲波感應(yīng)元的固定位置和固定角度，計(jì)算得出超聲 波接收陣列理論中心與信標(biāo)模塊的距離以及該信標(biāo)模塊與超聲波接收陣列理論中心的右 旋角；所述超聲波接收陣列理論中心與信標(biāo)模塊的距離由如下公式獲得，其弓式中，&、&為接收同一編碼超聲波的兩個(gè)超聲波感應(yīng)元與信標(biāo)模塊的直線距離，且y為超聲波感應(yīng)元與超聲波接收陣列理論中心的直線距離，S為兩個(gè)超聲波感應(yīng) 元之間的直線距離，a為直線&與直線s之間的夾角，A為與&相對(duì)應(yīng)的超聲波感應(yīng)元到 超聲波接收陣列理論中心的直線R與直線^之間的夾角，其中，角度A和直線6均為超聲波 接收陣列的的固定尺寸。10. 所述信標(biāo)模塊與超聲波接收陣列理論中心的右旋角由如下公式獲得，式中，為與Aj目對(duì)應(yīng)的超聲波感應(yīng)元的右旋角，右旋角為超聲波接收陣列的的固定尺 寸。11. 一種根據(jù)權(quán)利要求6或7所述無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于： 步驟（3)中，所述超聲波信號(hào)的傳播速度c的修正方法為： A. 選取所需的兩個(gè)信標(biāo)模塊，根據(jù)它們的固定坐標(biāo)計(jì)算出它們之間的絕對(duì)距離； B. 在超聲波有效覆蓋范圍內(nèi)的任意一個(gè)地方，在固定的默認(rèn)聲速條件下，計(jì)算出超聲 波接收陣列理論中心與兩個(gè)信標(biāo)模塊的相對(duì)距離和角度，進(jìn)而計(jì)算出兩個(gè)信標(biāo)模塊之間的 相對(duì)距離； C. 將兩個(gè)信標(biāo)模塊之間的絕對(duì)距離與相對(duì)距離的誤差百分率作為補(bǔ)償，計(jì)算出實(shí)際聲 速。
【專利摘要】一種無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)及其定位方法，其中無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)包括若干個(gè)固定位置的信標(biāo)模塊、至少一個(gè)移動(dòng)定位模塊和電子定位平臺(tái)；信標(biāo)模塊包括第一無(wú)線收發(fā)模塊、超聲波發(fā)射模塊和第一智能處理模塊；移動(dòng)定位模塊安裝于移動(dòng)體上，包括第二無(wú)線收發(fā)模塊、超聲波接收陣列、陣列處理模塊和中央處理器；電子定位平臺(tái)用于構(gòu)建電子地圖，并向移動(dòng)定位模塊發(fā)送電子地圖，還用于協(xié)調(diào)信標(biāo)模塊和移動(dòng)定位模塊的同步。本發(fā)明還包括無(wú)線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)的定位方法。本發(fā)明解決了多徑效應(yīng)和非視距傳播問(wèn)題，提高了測(cè)量精度，所能達(dá)到的理論精度<0.1mm。
【IPC分類】G01S5/00, G01S5/24, G01S5/18, H04W4/04, G01S5/26
【公開(kāi)號(hào)】CN105116378
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510637959
【發(fā)明人】戴曉洪, 戴苗苗
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙開(kāi)山斧智能科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日