基于超聲波的車輛空間定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于超聲波的車輛空間定位方法及系統(tǒng)，是利用超聲波測(cè)距所測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)幾何算法求得被測(cè)物在空間中所處位置，在同一個(gè)平面內(nèi)放置不少于四個(gè)的多個(gè)超聲波接收傳感器和一個(gè)超聲波發(fā)射探頭，發(fā)射超聲波的同時(shí)計(jì)時(shí)，記下各自接收到信號(hào)的時(shí)間與初值的差值,根據(jù)相應(yīng)的坐標(biāo)利用IQmath庫(kù)函數(shù)計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行定位。該系統(tǒng)包括標(biāo)志位設(shè)置模塊、超聲波脈沖發(fā)射模塊、超聲波信號(hào)接收模塊、溫度測(cè)量模塊和定位算法模塊本發(fā)明的定位系統(tǒng)定位精度高，能有效減少測(cè)量誤差，使用穩(wěn)定，可有效實(shí)現(xiàn)車輛局部空間的精確定位。
【專利說明】基于超聲波的車輛空間定位方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛空間定位【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于超聲波的車輛空間定位方 法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前定位主要有三大技術(shù)：AP ( Access Point )訊號(hào)定位、Τ0Α ( Time of Arrive )型定位及GPS( Global Position System )定位。利用無線網(wǎng)絡(luò)AP的信號(hào)強(qiáng)度 進(jìn)行室內(nèi)定位的優(yōu)點(diǎn)在于配合AP可以搭載資料的特性，進(jìn)而提供信息服務(wù)，最佳的定位 精度可以達(dá)到1 m。但是系統(tǒng)受環(huán)境影響比較大，定位不穩(wěn)定。GPS Re-radiating技術(shù)是 將GPS應(yīng)用于室內(nèi)定位的改進(jìn)技術(shù)，它將GPS L1信號(hào)引入室內(nèi)，使GPS接收機(jī)在室內(nèi)能 正常工作，但受限于其定位原理，高頻率的動(dòng)態(tài)定位精度會(huì)落在5m至15m之間。Τ0Α的定 位技術(shù)是利用量測(cè)已知點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的位置，使用幾何關(guān)系算出待測(cè)點(diǎn)的位置。由于在室內(nèi) 已知點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的距離通常不是很遠(yuǎn)，因此無法用無線電波進(jìn)行測(cè)距，因此研究局部定位 精確是很有必要的。
[0003] 國(guó)內(nèi)外有很多單位及個(gè)人在超聲波絕對(duì)定位方面作了大量研究工作。例如周榮蓮 對(duì)超聲波測(cè)距誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，陳永光等研究了無源時(shí)差定位原理與定 位精度的關(guān)系，熊春山等利用波頭計(jì)數(shù)與零交叉點(diǎn)檢測(cè)的方法來提高超聲測(cè)距的精度，中 國(guó)香港的F Tong等把超聲波精確定位系統(tǒng)應(yīng)用在自制導(dǎo)航車上，進(jìn)行導(dǎo)航研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有車輛空間定位系統(tǒng)定位不穩(wěn)定且誤差較大，無法有效實(shí)現(xiàn) 對(duì)車輛空間精確定位的問題而提出一種定位精度高，能有效減少測(cè)量誤差，使用穩(wěn)定，可有 效實(shí)現(xiàn)車輛局部空間的精確定位的基于超聲波的車輛空間定位方法及系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 上述的基于超聲波的車輛空間定位方法，是利用超聲波測(cè)距所測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)幾何算法求得 被測(cè)物在空間中所處位置，在空間位置測(cè)量中，采用多點(diǎn)測(cè)量定位，在同一個(gè)平面內(nèi)放置不 少于四個(gè)的多個(gè)超聲波接收傳感器和一個(gè)超聲波發(fā)射探頭，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波的同時(shí)， 計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收到超聲波信號(hào)時(shí)記下各自接收到信號(hào)的時(shí)間與初值的差值，根據(jù) 相應(yīng)的坐標(biāo)利用IQmath庫(kù)函數(shù)計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)行定位。
[0006] 所述的基于超聲波的車輛空間定位方法，其中：所述多個(gè)超聲波接收傳感器為 Mn，超聲波發(fā)射探頭為T，各自接收到信號(hào)的時(shí)間與初值的差值分別為Tn，超聲波發(fā)射到超 聲波接收的過程中超聲波的傳播路徑相當(dāng)于是一個(gè)等腰三角形，超聲波傳播的速度為C， 然后以優(yōu)先的3個(gè)或4個(gè)超聲波接收傳感器為Μ0、Ml、M2、M3和差值TO、Τ1、Τ2、Τ3，可得方 程組：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于超聲波的車輛空間定位方法，是利用超聲波測(cè)距所測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)幾何算法求得 被測(cè)物在空間中所處位置，在空間位置測(cè)量中，采用多點(diǎn)測(cè)量定位，在同一個(gè)平面內(nèi)放置不 少于四個(gè)的多個(gè)超聲波接收傳感器和一個(gè)超聲波發(fā)射探頭，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波的同時(shí)， 計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收到超聲波信號(hào)時(shí)記下各自接收到信號(hào)的時(shí)間與初值的差值，根據(jù) 相應(yīng)的坐標(biāo)利用IQmath庫(kù)函數(shù)計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)行定位。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于超聲波的車輛空間定位方法，其特征在于：所述多個(gè)超聲 波接收傳感器為Mn，超聲波發(fā)射探頭為T，各自接收到信號(hào)的時(shí)間與初值的差值分別為Tn， 超聲波發(fā)射到超聲波接收的過程中超聲波的傳播路徑相當(dāng)于是一個(gè)等腰三角形，超聲波傳 播的速度為C，然后以優(yōu)先的3個(gè)或4個(gè)超聲波接收傳感器為MO、Ml、M2、M3和差值TO、 T1、T2、T3,可得方程組：
由上述公式最終可求得被測(cè)物體在坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)值與Υ坐標(biāo)值，即被測(cè)物體位置 信息。
3. -種基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述車輛空間定位系統(tǒng)包括標(biāo) 志位設(shè)置模塊、超聲波脈沖發(fā)射模塊、超聲波信號(hào)接收模塊、溫度測(cè)量模塊和定位算法模 塊； 所述標(biāo)志位設(shè)置模塊用于標(biāo)記系統(tǒng)的工作模式，即用來對(duì)標(biāo)志位進(jìn)行設(shè)置； 所述超聲波脈沖發(fā)射模塊用于控制超聲波的發(fā)射，其通過輸出超聲波發(fā)射控制信號(hào)給 超聲波發(fā)射硬件，使所述超聲波發(fā)射硬件根據(jù)接收到控制信號(hào)產(chǎn)生實(shí)際的超聲波信號(hào)； 所述超聲波信號(hào)接收模塊具有不少于四個(gè)的接收點(diǎn)，用于控制超聲波的接收，即用于 產(chǎn)生嚴(yán)格的控制信號(hào)給超聲波接收硬件以接收處理超聲波回波； 所述溫度測(cè)量模塊用于測(cè)量系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度，其控制外部的溫度傳感器獲取外部 溫度，以校正定位算法中因溫度變化而產(chǎn)生的誤差； 所述定位算法模塊用于計(jì)算定位信息，其根據(jù)所述標(biāo)志位設(shè)置模塊、超聲波脈沖發(fā)射 模塊、超聲波信號(hào)接收模塊和溫度測(cè)量模塊分別測(cè)量出的距離數(shù)據(jù)，再結(jié)合當(dāng)前溫度，通過 定位算法計(jì)算出當(dāng)前車輛在空間中的位置信息。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述標(biāo)志位設(shè) 置模塊具有工作標(biāo)志位和模式標(biāo)志位，系統(tǒng)默認(rèn)測(cè)量模式為單次測(cè)量，在系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)工作 標(biāo)志及模式標(biāo)志都滿足條件即進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量。
5. 如權(quán)利要求3所述的基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲波脈 沖發(fā)射模塊利用系統(tǒng)主控芯片的定時(shí)器〇及定時(shí)器中斷產(chǎn)生方波，在每次中斷中對(duì)輸出電 平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在發(fā)射脈沖產(chǎn)生結(jié)束后，利用中斷實(shí)現(xiàn)延時(shí)效果，將Cut of電平拉低，實(shí)現(xiàn)強(qiáng) 制短路變壓器初級(jí)，使發(fā)射回路快速消耗掉諧振能量，抑制余波。
6. 如權(quán)利要求3或5所述的基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲 波脈沖發(fā)射模塊可通過限制中斷次數(shù)而控制產(chǎn)生脈沖個(gè)數(shù)，在每次中斷中可對(duì)系統(tǒng)主控芯 片的定時(shí)器周期寄存器進(jìn)行重新賦值，使得方波占空比可調(diào)。
7. 如權(quán)利要求3所述的基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲波信 號(hào)接收模塊具有四個(gè)接收點(diǎn)，即具有四路，其在每次測(cè)量中使用與門電路，將四路中斷信號(hào) 接入電路，并將所述四路中斷信號(hào)與四個(gè)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)主控芯片的I/O 口相連，與所得的信 號(hào)接入中斷；每次進(jìn)入中斷后，首先檢測(cè)四個(gè)系統(tǒng)主控芯片的I/O 口的值，判斷中斷信號(hào)的 來源，進(jìn)而將所得到的時(shí)間差值賦值到對(duì)應(yīng)的數(shù)組位。
8. 如權(quán)利要求7所述的基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲波信 號(hào)接收模塊只接收四次中斷，四次中斷后關(guān)閉全局中斷，以避免接收到回波。
9. 如權(quán)利要求3所述的基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述溫度傳感 器與系統(tǒng)主控芯片連接且測(cè)量結(jié)果以9?12位數(shù)字量方式串行傳送； 所述溫度傳感器采用DS18B20單總線溫度傳感器，其可通過一條口線實(shí)現(xiàn)與所述系 統(tǒng)主控芯片的雙向通訊； 所述DS18B20單總線溫度傳感器測(cè)量的溫度精度達(dá)到0. 1度，測(cè)量的溫度的范圍 在-20°C?100°C之間。
10. 如權(quán)利要求3所述的基于超聲波的車輛空間定位系統(tǒng)，其特征在于：所述定位算法 模塊是調(diào)用系統(tǒng)主控芯片中的IQmath庫(kù)函數(shù)完成定位公式的求解。
【文檔編號(hào)】G01S15/08GK104101879SQ201410297600
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月29日
【發(fā)明者】張凱, 程登良, 劉熙民, 王鵬, 陳恢妹 申請(qǐng)人:湖北汽車工業(yè)學(xué)院