一种复合测距仪及其测距方法技术

一种复合测距仪及其测距方法，其中复合测距仪包括主测模块和固定位置的信标模块；信标模块包括：第一无线收发模块、超声波发射模块和第一智能处理模块；主测模块包括：第二无线收发模块，用于以无线的方式与信标模块联络，收发指令和收发同步信号，并接收安排超声波信号接收时序的无线信号；超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的超声波信号；第二智能处理模块，用于处理接收的指令、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。本发明专利技术还包括另外一种复合测距仪以及复合测距仪的两种测距方法。本发明专利技术滤除了环境中的声波干扰，提高了测距可靠性和测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及定位导航
，特别是。
技术介绍
距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，测距成为数据采集中要解决 的一个问题。目前常见的测距方法有：激光测距、雷达测距和超声波测距等。其中，激光测 距是利用激光对目标的距离进行测定。激光测距在工作时向目标发射出一束细激光，然后 光电元件接收目标反射的激光束，控制电路中的计数器测定从发射到接收的时间，从而计 算观测者到目标的距离。雷达测距与激光测距相近，其优点是测距量程大，但是功耗大、价 格高，使用场合受局限。 几种测距方法中，超声波的速度相对光速小的多，易于仿真模拟。超声波是频率超 过20KHZ的机械波，它同样具有声波传输的基本物理特性一一反射、折射、干涉等，超声波在 不同媒介面超声波的大部分能量会反射。超声波测距是一种利用超声波特性、电子技术、光 电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。且超声波传感器费用低，易于小型化和集 成化，作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。 现有的超声波测距大多采用反射式测距法，优点是简单，但是定位精度差，通常只 能判断物体的有无及大致的距离，但不适用于准确定位，精度及可靠性都很低。现有的超声 波测距也有很少量采用直射式测距法，但超声波信号检测方法大多采用阈值判断法，这种 方法的缺点是抗干扰能力差，当声源距离接收传感器较远时，接收到的超声波信号会有较 大的衰减，达不到设定的阈值，进而导致检测不出来的现象。另外超声波受多径效应和非视 距传播影响问题都未得到解决，使得其应用范围变的很窄。 上述问题一直以来是制约着超声波用于定位的主要问题，使得超声波定位方式没 有能在比较大的范围得到应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种测距精度高的复合测距仪 及其测距方法。 本专利技术一种复合测距仪的技术方案有两种，具体如下： 第一种，一种复合测距仪，包括主测模块和固定位置的信标模块； 所述信标模块包括： 第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，获取指令和发射同步信号； 超声波发射模块，用于发出已编址的超声波信号； 第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排； 所述主测模块包括： 第二无线收发模块，用于以无线的方式与信标模块联络，收发指令、接收同步信号，以 及接收超声波信号的时序安排； 超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号； 第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器； 所述阵列处理模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增益 控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字信 号； 所述中央处理器用于处理接收的指令、模块各部分的逻辑关系、做出同步时序安排、识 别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。 进一步，所述阵列处理模块包括前置放大模块和A/D转换模块； 所述前置放大模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增益控 制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定； 所述A/D转换模块用于将检测时间段内的超声波模拟信号连续转换成数字信号并存 储；通过中央处理器扫描采集到的超声波信号幅度，处理该组超声波数据；根据接收到的 超 声波脉冲群的平均幅值，来计算用于判断的阈值；达到判断阈值的点则认为当前测试 的超声波信号到达起始点，否则认为是噪声信号。 进一步，所述第一无线收发模块和第二无线收发模块为WIFI模块、ZigBee通讯模 块、蓝牙通信模块或其他串口无线通信模块。 进一步，所述超声波收发阵列为具有至少四个超声波感应元的集成阵列，或由至 少四个独立的超声波传感器分散而成的阵列；所述前置放大模块和A/D转换模块的通道数 量与超声波感应元的数量相对应。超声波收发阵列的形状可以是弧形、直线形、环形、方形、 椭圆形等等。 第二种，一种复合测距仪，包括主测模块、定位系统平台和固定位置的信标模块； 所述定位系统平台包括： 无线通讯模块，用于以无线的方式与主测模块和/或信标模块联络，收发指令并发出 同步信号； 所述信标模块包括： 第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，收发指令和发射同步信号； 超声波发射模块，用于发出已编码的超声波信号； 第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排； 所述主测模块包括： 第二无线收发模块，用于以无线的方式与定位系统平台或信标模块联络，收发指令和 同步信号，以及接收对待接收的超声波信号做出的时序安排； 超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号； 第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器； 所述阵列处理模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱进行自动增益 控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字信 号； 所述中央处理器用于处理接收的指令、识别编码、做出同步时序安排、储存和分析接收 到的超声波数据信息。 -种根据上述第一种所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 由主测模块发起建立无线信号请求，呼唤需要的信标模块，被呼唤到的信标模块发 送无线信号回应，主测模块收到回应后完成无线握手； (2) 主测模块再次发射无线信号启动测距命令，信标模块收到命令后，先发射无线起始 同步信号，再发射已编址的超声波信号； (3) 主测模块在收到信标模块发射的无线起始同步信号时开启数据采集时间窗口 T，实 时采集数据并存储，处理计算接收到的超声波信号数据段，识别其编码，若接收到多组相同 编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算找到最 先到达的此组超声波编码信号的起头时间Τ' ； (4) 计算得到超声波接收阵列与该信标模块发射源之间的距离功古Τ' Xc，其中，c 为超声波信号在常温下的传播速度。 进一步，步骤（3)中，所述实时采集数据包括：将在T时刻内接收的超声波信号根 据其信号的强弱自动进行增益控制，输出稳定的超声波幅值动态范围；再将该超声波模拟 信号转换为数字信号并存储。 进一步，步骤（3)中，所述处理计算接收到的超声波信号数据段包括：处理转换后 的超声波数字信号，计算得到判断阈值，若采集到的超声波信号的幅值达到判断阈值则认 为当前信号为超声波信号，否则认为是噪声信号。 进一步，步骤（3)中，所述最先到达的一组超声波编码信号为发射的超声波信号直 线到达超声波接收阵列的信号；其余后面到达的视为杂波，包括多径效应、非视距传播和超 声波反射产生的信号。 进一步，续接所述步骤（4)，进一步包括步骤（5):检测超声波接收阵列的不同超声 波感应元接收到的超声波的编码是否相同，若不相同则放弃，若相同则甄选出该编码的信 标模块发射的超声波信号到达超声波感应元时间最短的两路信号，并结合相对应的两个超 声波感应元的固定位置和固定角度，计算得出超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离 以及该信标模块与超声波接收阵列理论中心的右旋角；所述超声波接收阵列理论中心是指 超声波接收阵列的几何中心点；右旋角是指该信标模块与超声波接收阵列理论中心之间的 距离直线沿超声波接收阵列理论中心的中轴线向右旋转所呈的夹角。 当前第1页1&nb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合测距仪，其特征在于：包括主测模块和固定位置的信标模块；所述信标模块包括：第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，收发指令和发射同步信号；超声波发射模块，用于发出已编码的超声波信号；第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排；所述主测模块包括：第二无线收发模块，用于以无线的方式与信标模块联络，收发指令、收发同步信号，以及接收对待接收的超声波信号做出的时序安排；超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号；第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器；所述阵列处理模块用于将接收到的超声波信号模拟信号，根据其信号的强弱进行自动增益调节，使接收来的模拟量的超声波信号的输出幅度保持在一定范围内，再转换成数字信号； 所述中央处理器用于处理接收的指令、模块各部分的逻辑关系、做出同步时序安排、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓洪，戴苗苗，
申请(专利权)人：长沙开山斧智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43