红外光导遥控系统技术方案

一种红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，采用多路分时发射红外线方位信号、单路串行接收检测和遥控制导技术，避免采用多个光电接收器时元器件特性参数的不一致性问题，提高测量的精确度和距离。由导引端和移动端组成，移动端的运动载体上由多个红外线发射管组成阵列，分时依次发射方位检测用的多路红外线信号；导引端安装一个高灵敏度的红外线接收器，串行接收并检测各路红外线信号的参数，经过数据计算处理后得到方位角等信息，形成控制指令信号，再通过遥控发射器发送到移动端，控制运动载体进行跟踪、导引；导引端用可见光的导引光斑指示导引位置和方向；移动端和导引端之间传送同步信号，保持发射和接收的各路信号的同步对应关系。

【技术实现步骤摘要】
红外光导遥控系统
本专利技术是一种红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，采用多路分时发射红外线方位信号、单路串行接收检测和遥控制导技术，涉及红外线、发光二极管、光电传感、光度测量、方位检测、导引跟踪、遥控制导、时分复用、同步等领域。
技术介绍
在雷达、导航、声纳等领域，利用天线的方向性测量目标的方位，探测距离远，但天线尺寸很大。光电传感器具有体积小的优点，使用多个光电元件组成传感器阵列，通过测量空间中的光强分布，也可以进行方位检测，应用于光源跟踪和寻迹的模型车、光感导引的玩具机器人等。但这些系统采用多个光电接收器多路检测的工作方式，各个光电接收器的光电元件、放大器和其它部件的特性参数存在离散性和差异性，各路之间很难保持一致性，对测量结果的影响很大，需要进行复杂的校正，限制了测量精确度和距离的提高。
技术实现思路
本专利技术采用多路分时发射红外线方位信号、单路串行接收检测和遥控制导的技术方案，设计了一种红外光导遥控系统。如图1所示:该系统由导引端和移动端两大部分组成。移动端的运动载体11 (例如模型车、玩具机器人、动物玩具等)上，由多个红外线发射管I组成阵列，分时依次发射方位检测用的多路红外线信号3 ;导引端安装一个高灵敏度的红外线接收器2，串行接收并检测各路红外线信号3的参数，经过数据计算处理后得到方位角等信息，形成控制指令信号，再通过遥控发射器7发送到移动端，控制运动载体11进行跟踪、导引。导引端用可见光的导引光斑16指示导引位置和方向。移动端和导引端之间传送同步信号，保持发射和接收的各路信号的同步对应关系。该系统只使用一个红外线接收器，串行接收红外线发射管阵列分时发射的各路方位检测信号，避免了采用多个光电接收器时元器件特性参数的离散性和差异性对测量结果的影响，提高了检测精确度。而且可以采用高放大倍数的接收器，提高检测灵敏度和检测距离，实现远距离的信号检测(可以达到普通红外线遥控的距离数量级)。该系统具有检测距离远、精度高、体积小、操作简单、成本低等优点。【附图说明】图1为系统示意图； 图2为系统组成结构图； 图3为红外线发射管的红外线发射图； 图4为8个红外线发射管排列成的正八边形阵列图，包括分别由4个发射管排列成的十字形和X形阵列； 图5为红外线发射管阵列图，其中图5(a)为2个发射管排列成的V形阵列，图5(b)为具有俯仰角的3个发射管排列成的阵列； 图6为6个红外线发射管排列成的正六边形阵列图； 图7为红外线同步信号发射管的示意图； 图8为红外线发射管阵列分时发射的脉冲信号的帧结构图； 图9为红外线接收器输出的各路脉冲信号的帧结构图； 图10为红外线发射管的载波调制和功率驱动电路框图； 图11为红外线发射管的载波波形图； 图12为多路信号同步分配器和分离器的电路结构框图； 图13为红外线接收器的组成结构图； 图14为发射管阵列的光度参量和方位角计算用图，其中图14(a)为发射管阵列的光度参量空间分布计算用图，图14(b)为2个发射管的方位角计算函数曲线图，图14(c)为3个发射管的方位角计算函数曲线图； 图15为信号处理流程图； 图16为白光和彩色LED阵列与导引光斑的结构图； 图17为导引端整体设计图； 图18为移动端分布式共形安装的红外线发射管单元的结构图； 图19为移动端集中式安装的整体设计图。【具体实施方式】图2为系统组成结构图:该系统由导引端和移动端两大部分组成。移动端包括红外线发射管阵列12、脉冲信号发生器19、多路信号同步分配器123、载波调制17和功率驱动18电路、遥控接收器6、运动载体11等部分；导引端的组成包括红外线接收器2、多路信号同步分离器123、脉冲参数测量13、方位角等数据计算处理9、控制信号产生9、遥控发射器7、白光和彩色LED阵列160等部分。其中方位角等数据计算处理和控制信号产生功能9也可以配置在移动端。移动端由多个红外线发射管I组成红外线发射阵列12 ;脉冲信号发生器19产生具有一定脉冲宽度和间隔的脉冲序列；在同步信号121的作用下，由多路信号同步分配器123将脉冲序列中的各个脉冲循环分配到各个发射管的驱动电路18，经过载波调制17，分时依次发射出去。各路红外线信号经过直线传播或由地面、墙壁等物体表面(漫反射面5)漫反射，在空间中形成方位检测用的红外线光强分布。导引端的工作方式分为导引方式和指引方式。导引方式中红外线接收器2直接接收红外线发射阵列的直射光信号，红外线接收器本身即为导引点；指引方式中红外线接收器2的光轴指向漫反射面5上的一个位置点，接收该点处的漫反射光信号，该点为导引点。导引端的红外线接收器2串行接收各路红外线脉冲信号，放大后输出一个脉冲参数(例如宽度或幅度)随着红外线信号的光度参量(例如光强度、照度或亮度)变化的脉冲序列；在同步信号121的作用下，按照与发射端相同的次序，由多路信号同步分离器123将各路脉冲信号从脉冲序列中分离出来，分别进行脉冲参数的测量13。然后对各路信号值进行数据计算处理，得到方位角等信息9，产生控制指令信号9，控制运动载体11上的动作机构执行相应的动作，向导引点移动，实现导引、跟踪和其它控制功能。导引端安装遥控发射器7，移动端安装遥控接收器6，将各种控制指令和数据从导引端发送到移动端。导引端用白光和彩色LED阵列160发射可见光光束,形成以导引点为中心的导引光斑16,指不导引位置和方向。移动端和导引端之间传送同步信号121，用于确定各个脉冲信号的时序位置，保持发射和接收的各路信号的同步对应关系。 图3为红外线发射管的红外线发射图。红外线发射管(Infrared LED)1是一种发射红外线的发光二极管，发射功率与正向工作电流成正比，发射的红外线31具有方向性，与可见光一样直线传播，投射到地面、墙壁等物体表面(漫反射面5)会发生漫反射32。与激光发射管发射的激光束相比，红外线发射管发射的红外线光束具有较大的发散角，但安全性好，工作可靠，成本低。与无线电波、声纳天线相比，红外线发射管具有体积小、安装方便、组阵灵活、控制和驱动电路简单等优点。与发射可见光的LED发光二极管相t匕，红外线发射管发射的红外线抗杂散光干扰能力强。多个红外线发射管按照一定的几何形状在空间排布，组成红外线发射管阵列。例如:2个发射管排列成V形(图5 (a) )，3个发射管排列成Y形或Λ形，4个发射管排列成十字形(图4中的A、C、E、G)或者X形(图4中的B、D、F、H)，6个发射管排列成六边形(图6)、8个发射管排列成八边形(图4)等。此外还有圆形、球形、圆锥形等阵型。各发射管的光轴之间形成一定的夹角(例如半强度辐射角相对阵列基点(阵列中心)、方向基线或漫反射面具有特定的方位角和俯仰角(参见图5 (a)、(b))。发射的红外线在空间交叉重叠，形成方位检测用的空间光强分布。红外线发射阵列中，为提高发射作用距离，可以分层设置近光(近程)和远光(远程)发射管。为提高方位角度分辨率，可以设置专用的辅助发射管。还有用于发射红外线同步脉冲的同步信号发射管等。当检测距离远大于发射管和发射阵列的几何尺寸时，可以将发射管视为位于阵列中心的点光源，计算阵列的光度参量(例如光强度、照度或亮度)分布。如图14(a)所示:以发射阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是：采用多路分时发射红外线方位信号、单路串行接收检测和遥控制导技术。

【技术特征摘要】
1.一种红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:采用多路分时发射红外线方位信号、单路串行接收检测和遥控制导技术。2.根据权利要求1所述的红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:该系统由导引端和移动端两大部分组成；移动端的组成包括红外线发射管阵列、脉冲信号发生器、多路信号同步分配器、载波调制和功率驱动电路、遥控接收器、运动载体；导引端的组成包括红外线接收器、多路信号同步分离器、脉冲参数测量、方位角信息数据计算处理、控制信号产生、遥控发射器、白光和彩色LED阵列；其中方位角信息数据计算处理和控制信号产生功能也可以配置在移动端；移动端由多个红外线发射管组成红外线发射阵列；脉冲信号发生器产生具有一定脉冲宽度和间隔的脉冲序列；在同步信号的作用下，由多路信号同步分配器将脉冲序列中的各个脉冲循环分配到各个发射管的驱动电路，经过载波调制，分时依次发射出去；各路红外线信号经过直线传播或由地面、墙壁物体表面漫反射，在空间中形成方位检测用的红外线光强分布；导引端的红外线接收器串行接收各路红外线脉冲信号，放大后输出一个脉冲参数(例如宽度或幅度)随着红外线信号的光度参量(例如光强度、照度或亮度)变化的脉冲序列；在同步信号的作用下，按照与发射端相同的次序，由多路信号同步分离器将各路脉冲信号从脉冲序列中分离出来，分别进行脉冲参数的测量；然后对各路信号值进行数据计算处理，得到方位角和其它信息，产生控制指令信号，控制运动载体上的动作机构执行相应的动作，向导引点移动；导引端安装遥控发射器，移动端安装遥控接收器，将各种控制指令和数据从导引端发送到移动端；导引端用白光和彩色LED阵列发射可见光光束，形成以导引点为中心的导引光斑；移动端和导引端之间传送同步信号。3.根据权利要求1所述的红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:多个红外线发射管按照一定的几何形状在空间排布，组成红外线发射管阵列；各发射管的光轴之间形成一定的夹角，相对阵列基点(阵列中心)、方向基线或漫反射面具有特定的方位角和俯仰角；发射的红外线在空间交叉重叠，形成方位检测用的空间光强分布；红外线发射阵列中还包括近光(近程)和远光(远程)发射管、辅助测角发射管、同步信号发射管；当检测距离远大于发射管和发射阵列的几何尺寸时，将发射管视为位于阵列中心的点光源，使用数值比较、逻辑运算、开方、·和、差、比(除)、乘、三角函数、反三角函数计算装置或程序，对方位角信息进行计算。4.根据权利要求1所述的红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:红外线发射管阵列中的全部或部分发射管，按照一定的次序和组合，分时发射方位检测用的红外线脉冲信号；在搜索模式时，全部发射管依次发射，全向扫描；在跟踪模式时，只有用于跟踪的部分发射管分时发射，提高发射重复频率；还有近程、远程、辅助测角发射管的分时发射；发射次序有邻位顺序、相对位顺序、邻位组合顺序。5.根据权利要求1所述的红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:同步脉冲信号和多个方位检测脉冲构成一帧；依次分配给各个发射管的各个脉冲组成一个发射循环，其时间长度称为一个发射周期；每帧脉冲序列包含一组或多组发射循环。6.根据权利要求1所述的红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:只使用一个红外线接收器串行接收红外线发射管阵列分时发射的各路红外线信号，所有信号都经过同一个光学系统和光电转换元件接收、由单通道的放大器放大和脉冲信号形成电路处理。7.根据权利要求1所述的红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:红外线接收器的光学系统对直射光或漫反射光的光度参量(光强度、照度或亮度)进行检测，参考光度计、照度计或亮度计光学系统的设计；采用高灵敏度的光电元件和高增益的放大器；输出信号强度(例如脉冲宽度或幅度)与输入红外线信号的光度参量(例如光强度、照度或亮度)有较好的线性关系。8.根据权利要求1所述的红外线光电方位检测和遥控跟踪导引系统，其特征是:在移动端与导引端之间传送同步信号，用于确定各路脉冲信号在帧中的时序位置，保证发射和接收的各个脉冲之间的对应关系；移动端配备...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭海涛，
申请(专利权)人：彭海涛，
类型：发明
国别省市：