空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置于第一裝置的第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)，距離計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)位置確定模塊；距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S；實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第一位置確定單元；第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。本發(fā)明可精確獲取空間內(nèi)兩物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和位移變化。
【專利說(shuō)明】
空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的種類日漸豐富。電子產(chǎn)品的控制方式通常是利用遙控器控制。
[0003]近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)、動(dòng)作感應(yīng)技術(shù)出現(xiàn)在了一些游戲設(shè)備中；現(xiàn)有的控制方式通常采用機(jī)器視覺(jué)做姿態(tài)和位移檢測(cè);此類方法在虛擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用較廣，但存在諸多缺點(diǎn)，例如采用3D攝像頭和結(jié)構(gòu)光的機(jī)器視覺(jué)方案，其硬件成本高，功耗高，并對(duì)使用場(chǎng)合的光線，場(chǎng)所的大小，是否有遮擋，檢測(cè)的距離等都有要求，這些要求限制了此種技術(shù)的普及。其他例如飛鼠，體感槍，在不借助外置攝像頭時(shí)，只能由內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)傳感器做旋轉(zhuǎn)角度變化的檢測(cè)，由于無(wú)法解決位移計(jì)算的誤差累積，而不能做位移運(yùn)動(dòng)時(shí)的距離量化跟蹤，此類方法對(duì)于有位移要求的姿態(tài)檢測(cè)，無(wú)法很好的解決問(wèn)題。
[0004]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種空間相對(duì)位移變化的感知方式，以便克服現(xiàn)有感知方式存在的上述缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可精確獲取空間內(nèi)兩物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:設(shè)置于第一裝置的第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)，時(shí)序控制模塊，距離計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)位置確定模塊，轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊;其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置;時(shí)序控制模塊用來(lái)控制電脈沖信號(hào)和超聲波信號(hào)的時(shí)序關(guān)系；
[0008]所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器;或者，所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器；
[0009]所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器；
[0010]所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器，時(shí)序控制模塊控制超聲波發(fā)生器和電脈沖發(fā)生器，在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器;電脈沖接收器在收到電脈沖后，在時(shí)序控制模塊控制下，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T;
[0011]所述距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T;
[0012]所述實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第一位置確定單元、第二位置確定單元；
[0013]所述第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系；
[0014]所述第二位置確定單元包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、計(jì)時(shí)器，第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面;第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)距離計(jì)算模塊獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離;從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系；
[0015]所述第二裝置還設(shè)有至少一個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu);所述輔助超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；
[0016]在存在無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)時(shí)，將輔助超聲波機(jī)構(gòu)代替對(duì)應(yīng)無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)參與距離計(jì)算;利用部分第二超聲波機(jī)構(gòu)及輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系，參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)與輔助超聲波機(jī)構(gòu)的數(shù)量大于等于3;或者僅利用至少三個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系；
[0017]所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，用以通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息。
[0018]一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:設(shè)置于第一裝置的第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)，距離計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)位置確定模塊;其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置；
[0019]所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器；
[0020]所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器，用以在時(shí)間同步后記錄超聲波發(fā)生器從發(fā)出超聲波到對(duì)應(yīng)超聲波接收器接收相應(yīng)超聲波的時(shí)間T;
[0021]所述距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T;
[0022]所述實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第一位置確定單元;所述第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
[0023]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊;所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，用以通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息;所述的轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊也可分別設(shè)置于第一裝置和第二裝置，用以分別獲得他們的角度旋轉(zhuǎn)信息。
[0024]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第二位置確定單元;所述第二位置確定單元包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、第三計(jì)時(shí)器;第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面；
[0025]所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;或者，所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器；
[0026]所述第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)距離計(jì)算模塊獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離;從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
[0027]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器。
[0028]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器;第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二裝置還設(shè)有至少一個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu);所述輔助超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；
[0030]在存在無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)時(shí)，將輔助超聲波機(jī)構(gòu)代替對(duì)應(yīng)無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)參與距離計(jì)算;利用部分第二超聲波機(jī)構(gòu)及輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系，參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)與輔助超聲波機(jī)構(gòu)的數(shù)量大于等于3;或者僅利用至少三個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
[0031]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的中心分別記為A、B、C，形成三角形ABC，頂點(diǎn)分別為A、B、C，三角形ABC相應(yīng)邊為a，b，c;以頂點(diǎn)C在坐標(biāo)原點(diǎn)，將頂點(diǎn)A設(shè)定在X軸上:
[0032]a'2 = b'2+c'2-2bc*cos(A)；
[0033]b'2 = c'2+a'2-2ac*cos(B)；
[0034]c'2 = a'2+b'2-2ab*cos(C)；
[0035]繼續(xù)推導(dǎo)獲得:
[0036]cos(C)=(a'2+b'2-c'2)/(2*a*b)；
[0037]B點(diǎn)坐標(biāo):
[0038]Bx = a*cos(C);
[0039]By = a*sin(C)，By有正負(fù)兩種可能值，通過(guò)其他約束條件(第二位置確定單元)進(jìn)行結(jié)果的進(jìn)一步過(guò)濾；
[0040]在此二維平面中，設(shè)置如下方程式來(lái)獲得B點(diǎn)坐標(biāo):
[0041 ] (Bx-0)'2+(By-0)'2 = a'2；
[0042](Bx-b)'2+(By-0)'2 = c'2；
[0043]第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，發(fā)出同步電脈沖的同時(shí)發(fā)出超聲波脈沖;超聲波發(fā)生器對(duì)應(yīng)三角體頂點(diǎn)0，三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)分別記為超聲波接收器A、超聲波接收器B、超聲波接收器C，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器A經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)oa;超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器B經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)ob;超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器C經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)oc;
[0044]計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器和超聲波接收器A距離Soa為346米/秒*Ta;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器和超聲波接收器B距離Sob為346米/秒*Tb;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器和超聲波接收器〇距離Soc為346米/秒*Tc;通過(guò)余玄定律可知，三角形頂點(diǎn)超聲波接收器A和超聲波接收器B間距離Sab已知;三角形頂點(diǎn)超聲波接收器A和超聲波接收器C間距離Sac已知;三角形頂點(diǎn)超聲波接收器B和超聲波接收器C間距離Sbc已知；
[0045]在此三維空間中，頂點(diǎn)六，8，(:的坐標(biāo)已知，分別為4(4137^2)，8(81，87^)，〇(Cx,Cy ,Cz)；設(shè)置頂點(diǎn)O坐標(biāo)為待求值O(X，y，z)，成立如下方程式組獲得頂點(diǎn)O坐標(biāo)(x，y，z):
[0046](χ-Αχ) ~2+(y-Ay) ~2+(z-Az) '2 = Soa'2 ；
[0047](x-Bx) ~2+(y-By) ~2+(z-Bz) '2 = Sob'2 ；
[0048](x-Cx) ~2+(y-Cy) ~2+(z-Cz) '2 = Soc'2o
[0049]—種上述空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:
[0050]在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；
[0051 ]電脈沖接收器在收到電脈沖后，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T;
[0052]距離計(jì)算模塊計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T;
[0053]第一位置確定單元根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系；
[0054]第二位置確定單元獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離;從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系；
[0055]轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息;運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。
[0056]—種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:
[0057]通過(guò)第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)做時(shí)間同步；
[0058]超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，超聲波接收器對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)器記錄超聲波發(fā)生器從發(fā)出超聲波到對(duì)應(yīng)超聲波接收器接收相應(yīng)超聲波的時(shí)間T;
[0059]計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T;
[0060]根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
[0061]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可精確獲取空間內(nèi)兩物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及由此產(chǎn)生的位移信息。
【附圖說(shuō)明】
[0062]圖1為本發(fā)明空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理示意圖。
[0063]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)中距離計(jì)算模塊的原理示意圖。
[0064]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中時(shí)間同步的原理示意圖。
[0065]圖4為本發(fā)明系統(tǒng)中第二位置確定單元的原理示意圖。
[0066]圖5為本發(fā)明系統(tǒng)中時(shí)間同步的原理示意圖(五路信號(hào))。
[0067]圖6為利用余玄定律計(jì)算示意圖。
[0068]圖7為本發(fā)明系統(tǒng)中距離計(jì)算的原理示意圖。
[0069]圖8為本發(fā)明系統(tǒng)中時(shí)間同步的原理示意圖(四路信號(hào))。
【具體實(shí)施方式】
[0070]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0071 ] 實(shí)施例一
[0072]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:設(shè)置于第一裝置103的第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置101的第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)，時(shí)序控制模塊，距離計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)位置確定模塊，轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊;其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置。時(shí)序控制模塊用來(lái)控制電脈沖信號(hào)和超聲波信號(hào)的時(shí)序關(guān)系。時(shí)序控制模塊、轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊可以設(shè)置于第一裝置，當(dāng)然，第二裝置也可以設(shè)置時(shí)序控制模塊、轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊。
[0073]本實(shí)施例中，所述第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器;所述第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器102-a、102-b、102-c，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器104。如，第二裝置可以為VR頭顯，相應(yīng)地，第一裝置為人機(jī)交互輸入控制器(第一裝置、第二裝置均運(yùn)動(dòng)，接收、發(fā)送端均運(yùn)動(dòng))。
[0074]所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器，在時(shí)序控制器模塊的控制下，在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定的固定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖(包括但不限于無(wú)線電波、可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光，不可見(jiàn)光例如紅外光線)，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；電脈沖接收器在收到電脈沖后，在時(shí)序控制模塊的控制下，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T。計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定的特定閾值數(shù)值后將不再計(jì)數(shù)，此設(shè)定值用以表示超聲波接收器由于某些原因沒(méi)有成功檢測(cè)到超聲波脈沖，計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值為無(wú)效值，此路超聲波接收器在此次檢測(cè)工作為無(wú)效。
[0075]所述距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T。
[0076]超聲波在25攝氏度空氣中的傳播速度V近似于346米/秒?？諝庵幸羲倥c溫度的關(guān)系式:V = 331X根號(hào)(l+T/273)(m/S);其中，T:是攝氏溫度;V:在T°C時(shí)的音速。由于測(cè)量的距離在幾米內(nèi)，速度隨溫度的變化對(duì)整體精度的影響可以忽略。
[0077]所述實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第一位置確定單元、第二位置確定單元。所述第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系。
[0078]請(qǐng)參閱圖2、圖3，聲音在25攝氏度空氣中傳播速度約為346米每秒的常量，電信號(hào)在空氣中傳播速度約為30萬(wàn)公里每秒的常量；電信號(hào)由裝載有超聲波發(fā)生器104的第一裝置103到達(dá)第二裝置101的超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-b位置的時(shí)間為納秒級(jí)另IJ，由于兩者的放置距離較近，產(chǎn)生的時(shí)間差接近為0，在此發(fā)明中對(duì)精度的影響微乎其微，可忽略;本發(fā)明中第二裝置101僅需裝載一路同步電脈沖接收器。
[0079]超聲波發(fā)生器104發(fā)出同步電脈沖(電信號(hào)包括但不限于無(wú)線電波、可見(jiàn)光、非可見(jiàn)光，非可見(jiàn)光例如紅外光線)的同時(shí)發(fā)出超聲波脈沖;超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-a(三角形頂點(diǎn))經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)a;超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-b(三角形頂點(diǎn))經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)b;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104(三角形頂點(diǎn))和超聲波接收器102-a距離Sa為346米/秒*Ta;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104和超聲波接收器102-b距離Sb為346米/秒*Tb;三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-b間距離Sab已知;通過(guò)三角形的余玄定律，三角形頂點(diǎn)超聲波發(fā)生器104的在二維平面的坐標(biāo)可以計(jì)算獲得。
[0080]所謂“余玄定律”請(qǐng)參閱圖6，圖6中三角形ABC，由頂點(diǎn)A，B，C，簡(jiǎn)稱為角A，B，C，和相應(yīng)對(duì)邊a，b，c構(gòu)成；以頂點(diǎn)C在坐標(biāo)原點(diǎn)，頂點(diǎn)A在X軸上為例，有如下關(guān)系:
[0081]a'2 = b'2+c'2-2bc*cos(A)；
[0082]b'2 = c'2+a'2-2ac*cos(B)；
[0083]c~2 = a~2+b~2_2ab*cos(C)。
[0084]繼續(xù)推導(dǎo)可獲得:
[0085]cos(C)=(a'2+b'2-c'2)/(2*a*b)；
[0086]B點(diǎn)坐標(biāo):
[0087]X = a*cos(C)；
[0088]Y = a*sin(C)，Y有正負(fù)兩種可能值，可通過(guò)其他約束條件進(jìn)行結(jié)果的進(jìn)一步過(guò)濾。
[0089]在此二維平面中，也可設(shè)置如下方程式來(lái)獲得B點(diǎn)坐標(biāo):
[0090](X-0)'2+(Y-0)'2 = a'2；
[0091](X-b)'2+(Y-0)'2 = c'2；
[0092]得到和上述余玄定律同樣的結(jié)果。
[0093]請(qǐng)參閱圖7、圖8，超聲波發(fā)生器104發(fā)出同步電脈沖(電信號(hào))的同時(shí)發(fā)出超聲波脈沖;超聲波發(fā)生器104(三角體頂點(diǎn)O)發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-a(三角體頂點(diǎn)A)經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)oa;超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-b(三角體頂點(diǎn)B)經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)ob;超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-c(三角體頂點(diǎn)C)經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)oc;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104(三角體頂點(diǎn)O)和超聲波接收器102-a距離Soa為346米/秒*Ta;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104和超聲波接收器102-b距離Sob為346米/秒*Tb;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104和超聲波接收器102-c距離Soc為346米/秒*Tc;通過(guò)余玄定律可知，三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-b間距離Sab已知;三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-c間距離Sac已知;三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-b和超聲波接收器102-c間距離Sbc已知；
[0094]在此三維空間中，頂點(diǎn)六，8，(:的坐標(biāo)已知，分別為4(4137^2)，8(81，87^)，〇(Cx,Cy,Cz)；設(shè)置頂點(diǎn)O坐標(biāo)為待求值O(x，y，z)，可成立如下方程式組獲得頂點(diǎn)O坐標(biāo)(x，y，z):
[0095](χ-Αχ) ~2+(y-Ay) ~2+(z-Az) '2 = Soa'2
[0096](x-Bx) ~2+(y-By) ~2+(z-Bz) '2 = Sob'2
[0097](x-Cx) ~2+(y-Cy) ~2+(z-Cz) '2 = Soc'2
[0098]通過(guò)此方程式組可得到2組坐標(biāo)結(jié)果，分別位于由頂點(diǎn)A，B，C構(gòu)成的平面的兩側(cè)；或者是一組坐標(biāo)，位于A，B，C構(gòu)成的平面上。通過(guò)其他約束條件，例如實(shí)際應(yīng)用中如若不存在某一種可能，可對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步過(guò)濾以獲得最終的坐標(biāo)值。
[0099]請(qǐng)參閱圖4、圖5，所述第二位置確定單元包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、第三計(jì)時(shí)器(計(jì)時(shí)方式與上述超聲波接收器接收方式類似)，第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面;第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)距離計(jì)算模塊獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離(此處，第一超聲波機(jī)構(gòu)是超聲波發(fā)生器，對(duì)應(yīng)圖4的標(biāo)記O;第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，對(duì)應(yīng)圖4中的A、B、C;D表示第二位置確定單元，第二位置確定單元的第三超聲波機(jī)構(gòu)也為超聲波接收器)；從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。由于通過(guò)第一位置確定單元確認(rèn)的點(diǎn)有兩個(gè)，分別位于三個(gè)超聲波接收器中心所在平面的兩側(cè)，通過(guò)第二位置確定單元可以確定是哪一面。
[0100]實(shí)際應(yīng)用中存在兩種方式做物體位移的檢測(cè):1、檢測(cè)單元靜止，例如放置在桌上的檢測(cè)設(shè)備，去跟蹤游戲柄的移動(dòng)，此種情況只需要一個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元，在被監(jiān)測(cè)物內(nèi)(游戲手柄)；檢測(cè)單元和參考坐標(biāo)是重疊的。
[0101]2、檢測(cè)單元本身也在移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，例如頭盔和游戲手柄，這時(shí)需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元，分別放置在頭盔和手柄中；這個(gè)情況下需要有第三個(gè)靜止的坐標(biāo)系作為參考(也可以通過(guò)相對(duì)位置的變化來(lái)計(jì)算)，具體計(jì)算方式可參照上述描述。
[0102]所述第二裝置還設(shè)有至少一個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu);所述輔助超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器。在存在無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)時(shí)(計(jì)時(shí)器對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)值為無(wú)效值，此路超聲波接收器在此次檢測(cè)工作為無(wú)效)，將輔助超聲波機(jī)構(gòu)代替對(duì)應(yīng)無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)參與距離計(jì)算;利用部分第二超聲波機(jī)構(gòu)及輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系，參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)與輔助超聲波機(jī)構(gòu)的數(shù)量大于等于3;或者僅利用至少三個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
[0103]所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，用以通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息。
[0104]本發(fā)明在揭示上述系統(tǒng)的同時(shí)，還揭示一種上述空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:
[0105]【步驟SI】在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；
[0106]【步驟S2】電脈沖接收器在收到電脈沖后，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T;
[0107]【步驟S3】距離計(jì)算模塊計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T;
[0108]【步驟S4】第一位置確定單元根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系；
[0109]【步驟S5】第二位置確定單元獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離；從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。本步驟與以上步驟可以同時(shí)進(jìn)行，本步驟原理與步驟SI至步驟S3的流程類似，通?？梢耘c上述步驟同時(shí)進(jìn)行。
[0110]【步驟S6】轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息;運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。
[0111]此外，所述監(jiān)測(cè)方法中，如果檢測(cè)單元本身也在移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，例如頭盔和游戲手柄，這時(shí)需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元，分別放置在頭盔和手柄中；這個(gè)情況下需要有第三個(gè)靜止的坐標(biāo)系作為參考(也可以通過(guò)相對(duì)位置的變化來(lái)計(jì)算)，具體計(jì)算方式可參照上述描述。
[0112]實(shí)施例二
[0113]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器;所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器。
[0114]實(shí)施例三
[0115]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，第一裝置可以為電視，第二裝置可以為遙控設(shè)備(第一裝置不動(dòng)，第二裝置運(yùn)動(dòng);接收端不動(dòng)，發(fā)送端運(yùn)動(dòng))；第一裝置也可以為遙控裝置，第二裝置為電視(第一裝置運(yùn)動(dòng)，第二裝置不動(dòng);接收端運(yùn)動(dòng)，發(fā)送端不動(dòng))。
[0116]實(shí)施例四
[0117]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:第一裝置、第二裝置、第三裝置(甚至可以包括第四裝置、第五裝置等等)。
[0118]第一裝置用于發(fā)出同步電脈沖、超聲波(第一裝置設(shè)置電脈沖發(fā)生器、超聲波發(fā)生器)；第二裝置用于接收電脈沖和超聲波，并計(jì)算得到和第一裝置的空間相對(duì)位置。第三裝置和第二裝置一樣原理，通過(guò)接收同步電脈沖和超聲波，獲得和第一裝置的空間相對(duì)位置(第二裝置、第三裝置分別設(shè)置電脈沖接收器、超聲波接收器、距離計(jì)算模塊)。
[0119]例如VR案例，固定設(shè)置(可以固定設(shè)置于墻上、桌子上，當(dāng)然也可以不固定)的第一裝置設(shè)有發(fā)射模塊，頭盔(對(duì)應(yīng)實(shí)施例一的第二裝置)上有超聲波接收模塊，手柄(對(duì)應(yīng)實(shí)施例一的第三裝置)上同樣安裝接收模塊，以分別獲得頭盔和手柄的位置，甚至是兩個(gè)手柄的位置(通過(guò)設(shè)置第四裝置實(shí)現(xiàn))。
[0120]此實(shí)例的目的是當(dāng)空間中需要對(duì)多個(gè)移動(dòng)裝置做位置檢測(cè)時(shí)，只需要一個(gè)發(fā)射源。
[0121]實(shí)施例五
[0122]—種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:設(shè)置于第一裝置的第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、第二超聲波機(jī)構(gòu)，距離計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)位置確定模塊;其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置。
[0123]所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器。
[0124]所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器，在時(shí)間同步后記錄超聲波發(fā)生器從發(fā)出超聲波到對(duì)應(yīng)超聲波接收器接收相應(yīng)超聲波的時(shí)間T。
[0125]所述距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T。
[0126]所述實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第一位置確定單元;所述第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
[0127]本發(fā)明還揭示一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:
[0128]通過(guò)第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)做時(shí)間同步；
[0129]超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，超聲波接收器對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)器記錄超聲波發(fā)生器從發(fā)出超聲波到對(duì)應(yīng)超聲波接收器接收相應(yīng)超聲波的時(shí)間T;
[0130]計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T;
[0131]根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
[0132]綜上所述，本發(fā)明提出的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可精確獲取空間內(nèi)兩物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0133]這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:設(shè)置于第一裝置的第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)，時(shí)序控制模塊，距離計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)位置確定模塊，轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊;其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置;時(shí)序控制模塊用來(lái)控制電脈沖信號(hào)和超聲波信號(hào)的時(shí)序關(guān)系； 所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器;所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器； 所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器;時(shí)序控制模塊控制超聲波發(fā)生器和電脈沖發(fā)生器，在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器;電脈沖接收器在收到電脈沖后，在時(shí)序控制模塊控制下，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T;計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定的特定閾值數(shù)值后將不再計(jì)數(shù)，此設(shè)定的特定閾值用以表示超聲波接收器由于設(shè)定原因沒(méi)有成功檢測(cè)到超聲波脈沖，計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值為無(wú)效值，該超聲波接收器在此次檢測(cè)工作為無(wú)效，無(wú)法參與距離計(jì)算； 所述距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T; 所述實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第一位置確定單元、第二位置確定單元； 所述第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系； 所述第二位置確定單元包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、計(jì)時(shí)器，第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面;第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)距離計(jì)算模塊獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離;從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系； 所述第二裝置還設(shè)有至少一個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)；所述輔助超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器； 在存在無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)時(shí)，將輔助超聲波機(jī)構(gòu)代替對(duì)應(yīng)無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)參與距離計(jì)算;利用部分第二超聲波機(jī)構(gòu)及輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系，參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)與輔助超聲波機(jī)構(gòu)的數(shù)量大于等于3;或者僅利用至少三個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系； 所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，用以通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息;運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。2.一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:設(shè)置于第一裝置的第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)，距離計(jì)算模塊，位置確定模塊； 所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器； 所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器，用以在時(shí)間同步后記錄超聲波發(fā)生器從發(fā)出超聲波到對(duì)應(yīng)超聲波接收器接收相應(yīng)超聲波的時(shí)間T; 所述距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T; 所述位置確定模塊包括第一位置確定單元;所述第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊;所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，用以通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述位置確定模塊包括第二位置確定單元;所述第二位置確定單元包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、第三計(jì)時(shí)器;第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面； 所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;或者，所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器； 所述第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)距離計(jì)算模塊獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離;從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器;第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器;第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述第二裝置還設(shè)有至少一個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)；所述輔助超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器； 在存在無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)時(shí)，將輔助超聲波機(jī)構(gòu)代替對(duì)應(yīng)無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)參與距離計(jì)算;利用部分第二超聲波機(jī)構(gòu)及輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系，參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)與輔助超聲波機(jī)構(gòu)的數(shù)量大于等于3;或者僅利用至少三個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的中心分別記為A、B、C，形成三角形ABC，頂點(diǎn)分別為A、B、C，三角形ABC相應(yīng)邊為a，b，c;以頂點(diǎn)C在坐標(biāo)原點(diǎn)，將頂點(diǎn)A設(shè)定在X軸上: a'2 = b'2+c'2-2bc*cos(A)； b'2 = c'2+a'2-2ac*cos(B)； c'2 = a'2+b'2-2ab*cos(C)； 繼續(xù)推導(dǎo)可獲得: cos(C)=(a'2+b'2-c'2)/(2*a*b)； B點(diǎn)坐標(biāo): Bx = a*cos(C)； By = a*sin(C)，By有正負(fù)兩種可能值，通過(guò)其他約束條件進(jìn)行結(jié)果的進(jìn)一步過(guò)濾； 在此二維平面中，設(shè)置如下方程式來(lái)獲得B點(diǎn)坐標(biāo):(Bx-O) '2+(By-O) '2 = a'2 ；(Bx_b) ~2+(By-O) ~2 = c~2; 第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，發(fā)出同步電脈沖的同時(shí)發(fā)出超聲波脈沖；超聲波發(fā)生器對(duì)應(yīng)三角體頂點(diǎn)0，三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)分別記為超聲波接收器A、超聲波接收器B、超聲波接收器C，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器A經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)oa;超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器B經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)ob;超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器C經(jīng)歷時(shí)間為T(mén)oc; 計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器和超聲波接收器A距離Soa為346米/秒*Ta;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器和超聲波接收器B距離Sob為346米/秒*Tb;計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器和超聲波接收器C距離Soc為346米/秒*Tc;通過(guò)余玄定律可知，三角形頂點(diǎn)超聲波接收器A和超聲波接收器B間距離Sab已知；三角形頂點(diǎn)超聲波接收器A和超聲波接收器C間距離Sac已知;三角形頂點(diǎn)超聲波接收器B和超聲波接收器C間距離Sbc已知； 在此三維空間中，頂點(diǎn)厶兒(:的坐標(biāo)已知，分別為4(41力>)，8(81而瓜)，(:(&辦，Cz);設(shè)置頂點(diǎn)O坐標(biāo)為待求值0(x，y，z)，成立如下方程式組獲得頂點(diǎn)O坐標(biāo)(x，y，z):(χ-Αχ) ~2+(y-Ay) ~2+(z-Az) '2 = Soa'2 ；(χ-Βχ) ~2+(y-By) ~2+(z-Bz) '2 = Sob'2 ；(x-Cx) ~2+(y-Cy) ~2+(z-Cz) '2 = Soc'2o9.一種權(quán)利要求1所述空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟: 在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器； 電脈沖接收器在收到電脈沖后，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T; 距離計(jì)算模塊計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S =速度V*時(shí)間T ； 第一位置確定單元根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系； 第二位置確定單元獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離;從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系； 轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息;運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。10.一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟: 通過(guò)第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)、第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)做時(shí)間同步； 超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，超聲波接收器對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)器記錄超聲波發(fā)生器從發(fā)出超聲波到對(duì)應(yīng)超聲波接收器接收相應(yīng)超聲波的時(shí)間T; 計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S=速度V*時(shí)間T; 根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。
【文檔編號(hào)】G01S11/14GK106054164SQ201610332560
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】倪華良
【申請(qǐng)人】上海傲意信息科技有限公司