【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光栅定位技术，尤其涉及一种基于衍射条纹的相对定位方法。
技术介绍
1、光栅衍射技术已被广泛应用于光学测量和定位系统中，该技术是利用光源透过光栅片形成的衍射图案进行精确的位置测量。在室内和水下环境中，准确的相对定位对于导航、地图制作和环境监测至关重要。然而，现有的定位技术在不同环境条件下存在一些限制，例如在水下的光学传播特性、多路径传播和环境噪声等因素可能会影响衍射图案的清晰度和稳定性。
2、目前，针对室内和水下环境的定位系统通常依赖于gps、惯性导航系统或声纳技术。然而，这些技术可能受到天气条件、深度限制或信号遮挡的影响，在某些场景下无法提供足够精确的位置信息。光栅衍射定位技术的提出，为在复杂的室内和水下环境中实现高精度的相对定位提供了新的可能性。
3、本专利技术旨在利用光栅衍射图案的特性，通过分析光源透过光栅片后形成的条纹或衍射图案的变化，实现对光源位置的精确定位。与传统的定位技术相比，本专利技术具有更高的抗干扰能力和环境适应性，能够在水下复杂的光学条件下实现稳定的定位效果。因此，本专利技术为室内和水下环境下的定位应用提供了一种新的解决方案，能够克服现有技术的限制，并在各种复杂的环境中提供精确、可靠的相对定位信息。
技术实现思路
1、针对现有技术所存在的上述缺点，本专利技术提供一种基于衍射条纹的相对定位方法，能够有效、及时的对未知位置进行定位，可以实现更高精度、稳定的定位，定位范围更大，可以在室内和水下使用，计算量更小，可以针对多种情况定位。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于衍射条纹的相对定位方法，包含以下设备：光源、光栅片、基站、衍射条纹采集器、图像处理器以及数据处理器。
3、优选的，所述光栅片结构分为上、下两个区域，光源透过光栅片的上半部分后形成横向条纹，透过光栅片下半部分后形成竖向条纹，光栅片上、下两部分的大小、材料、条纹间隔等是一致的，只有条纹方向上的区别。
4、优选的，所述光源透过所述光栅片后产生衍射图案，为定位提供基本的信息。
5、优选的，所述光源和所述光栅片的位置都是已知的，光栅片放置于光源照射正前方的d0处，定位过程至少有一个光源和光栅片，光源和光栅片数量的增加可以减小定位的误差。
6、优选的，所述光源通过横向光栅后产生的横向条纹可以用来单独分析待确定位置相对于参考基站z坐标的移动，通过竖向光栅后产生的竖向条纹单独分析待确定位置相对于参考基站xoy面上的移动，也可以通过结合两种条纹以及两种条纹的交叉部分分析待确定位置与参考基站的相对位移。
7、优选的，所述衍射条纹采集器安装在基站上，所述基站位置已知，在基站位置的衍射条纹采集器获取光源透过光栅片的衍射条纹图像，已知位置的基站数量要大于等于四个，其中一个基站作为参考基站，在参考基站的衍射条纹图像对应为参考条纹图像，且四个基站点不在同一平面上。
8、优选的，所述图像处理器用于提取衍射条纹采集器获取到的衍射条纹图像中条纹的特征，如条纹的间距，密度以及移动方向，分析获取衍射条纹图像中各衍射条纹与参考条纹之间的变化信息。
9、优选的，所述数据处理器用于分析处理各个基站与参考基站之间的相对位移信息，对应基站获取到的衍射条纹图像中条纹移动情况，再通过其他基站与参考基站的相对位移信息和条纹相对变化量获取两者之间的数学模型。
10、优选的，数据处理器通过待确定位置获取到的衍射条纹图像，分析其与参考条纹图像的变化情况，根据条纹变化情况和已知的数学模型计算出待定位位置与参考基站之间的相对位移，再结合参考基站的信息计算出待定位点的位置信息。
11、优选的，本专利技术一种基于衍射条纹的相对定位方法的步骤为：
12、步骤1：在一个确定的位置放置一个光源，光源前放置光栅片，当光源透过光栅片后形成衍射条纹图像，光栅片到光源的距离d0为固定值；
13、步骤2：在各个基站位置处，获取光源透过光栅片的衍射条纹图像，并记录对应基站的位置信息，所述基站的实际位置是已知的，需要获取四个或四个以上的基站位置处光源透过光栅片的衍射条纹图像；
14、步骤3：以光源位置s为原点(0,0,0)，垂直于水平面或地面方向为z轴方向建立直角坐标系，获取所述基站的坐标pi(xi,yi,zi)，并选取基站p0(x0,y0,z0)为参考基站，对应的在参考基站获取到的衍射条纹图像为参考条纹图像，其中i表示基站的编号，i＝0,1,2,3,…；
15、步骤4：分析不同基站获取到的衍射条纹图像，分析图像中条纹的变化，获取各衍射条纹图像与参考条纹图像之间条纹间距的变化δdstripe_i，条纹密度的变化δρstripe_i，条纹的变化方向θstripe_i，再获取对应基站与参考基站位置的位置移动量δdi、移动方向θi，最后根据这些移动信息建立相应基站变化与衍射条纹变化之间的数学模型；
16、步骤5：在需要定位的位置p(x,y,z)获取光源透过光栅片的衍射条纹图像，并对该条纹图像进行分析，获取该图像与参考图像间条纹间距的变化δdstripe，条纹密度的变化δρstripe，条纹变化方向θstripe；
17、步骤6：根据需要定位的位置p(x,y,z)获取到的衍射条纹的条纹间距的变化δdstripe，条纹密度的变化δρstripe，条纹变化方向θstripe和已知的数学模型获取到该位置与参考基站的相对移动量δd、移动方向θ，再结合参考基站位置p0(x0,y0,z0)计算出该位置p(x,y,z)。
18、优选的，所述光栅片在上下两部分呈现不同方向的周期性条纹，上半部分的条纹呈现横向周期性，而下半部分的条纹呈现竖向周期性的，所述光栅片可以进一步延伸，在旁边延展出其他类型的光栅，使得光源透过后形成其他条纹，用来进一步分析以获取到更加精确的变换关系。
19、优选的，当光源照射到光栅片上时，上半部分将产生沿水平方向的衍射条纹，而下半部分则产生沿垂直方向的衍射条纹，在基站观察到的衍射条纹图像是一种交错的网格状图案，通过横向条纹可以分析待确定位置相对于参考基站坐标的移动，通过竖向条纹可以分析待确定位置相对于参考基站面上的移动，结合两种条纹的交叉点可以进一步分析待确定位置与参考基站的相对位移。
20、优选的，在多个基站位置处收集到的衍射条纹的间距变化、密度变化和移动方向可以与对应基站与参考基站之间的相对位移建立一个数学模型，根据不同的情况可以构造出不同的关系模型，如线性模型、多项式模型、曲线拟合模型等。
21、优选的，衍射图案是当光通过光栅片或其他衍射元件时形成的图案，通常由明亮和暗暗的条纹、点或斑块组成，反映了光波在通过衍射元件后发生的干涉和衍射效应，衍射图案的形态取决于光源的波长、光栅片的结构以及光线的入射角度等因素。
22、优选的，衍射条纹的移动方向和基站的相对位移方向相反，根据惠更斯原理可知，从一个基站移动到另一个基站观察时，改变了观察到光源的光程差，从而导致本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，包含以下设备：光源、光栅片、基站、衍射条纹采集器、图像处理器以及数据处理器；
2.一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，该定位方法的步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，所述光栅片在上下两部分呈现不同方向的周期性条纹，上半部分的条纹呈现横向周期性，而下半部分的条纹呈现竖向周期性的，所述光栅片可以进一步延伸，在旁边延展出其他类型的光栅，使得光源透过后形成其他条纹，以获取到更加精确的变换关系。
4.根据权利要求3所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，当光源照射到光栅片上时，上半部分将产生沿水平方向的衍射条纹，而下半部分则产生沿垂直方向的衍射条纹，在基站观察到的衍射条纹图像是一种交错的网格状图案，通过横向条纹可以分析待确定位置相对于参考基站z坐标的移动，通过竖向条纹可以分析待确定位置相对于参考基站xOy面上的移动，结合两种条纹的交叉点可以进一步分析待确定位置与参考基站的相对位移。
5.根据权利要求2所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法
6.根据权利要求2所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，衍射图案是当光通过光栅片或其他衍射元件时形成的图案，通常由明暗条纹、点或斑块组成，反映了光波在通过衍射元件后发生的干涉和衍射效应。
7.根据权利要求2所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，条纹的移动方向和基站的相对位移方向相反，根据惠更斯原理可知，从一个基站移动到另一个基站观察时，改变了观察到光源的光程差，从而导致条纹的移动。
8.根据权利要求2所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，衍射图案的形态取决于光源的波长、光栅片的结构以及光线的入射角度等因素。
...【技术特征摘要】
1.一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，包含以下设备：光源、光栅片、基站、衍射条纹采集器、图像处理器以及数据处理器；
2.一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，该定位方法的步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，所述光栅片在上下两部分呈现不同方向的周期性条纹，上半部分的条纹呈现横向周期性，而下半部分的条纹呈现竖向周期性的，所述光栅片可以进一步延伸，在旁边延展出其他类型的光栅，使得光源透过后形成其他条纹，以获取到更加精确的变换关系。
4.根据权利要求3所述的一种基于衍射条纹的相对定位方法，其特征在于，当光源照射到光栅片上时，上半部分将产生沿水平方向的衍射条纹，而下半部分则产生沿垂直方向的衍射条纹，在基站观察到的衍射条纹图像是一种交错的网格状图案，通过横向条纹可以分析待确定位置相对于参考基站z坐标的移动，通过竖向条纹可以分析待确定位置相对于参考基站xoy面上的移动，结合两种条纹的交叉点可以进一步分析待...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天松，陆俐灵，邬佳玲，陈思任，曾膺同，陆奕森，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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