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)，是利用超聲波測距所測數(shù)據(jù)經(jīng)幾何算法求得被測物在空間中所處位置，在同一個平面內(nèi)放置不少于四個的多個超聲波接收傳感器和一個超聲波發(fā)射探頭，發(fā)射超聲波的同時計時，記下各自接收到信號的時間與初值的差值,根據(jù)相應(yīng)的坐標利用IQmath庫函數(shù)計算出發(fā)射點的坐標進行定位。該系統(tǒng)包括標志位設(shè)置模塊、超聲波脈沖發(fā)射模塊、超聲波信號接收模塊、溫度測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，能有效減少測量誤差，使用穩(wěn)定，可有效實現(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的信號強度 進行室內(nèi)定位的優(yōu)點在于配合AP可以搭載資料的特性，進而提供信息服務(wù)，最佳的定位 精度可以達到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)定位的改進技術(shù)，它將GPS L1信號引入室內(nèi)，使GPS接收機在室內(nèi)能 正常工作，但受限于其定位原理，高頻率的動態(tài)定位精度會落在5m至15m之間。Τ0Α的定 位技術(shù)是利用量測已知點到待測點的位置，使用幾何關(guān)系算出待測點的位置。由于在室內(nèi) 已知點到待測點的距離通常不是很遠，因此無法用無線電波進行測距，因此研究局部定位 精確是很有必要的。
[0003] 國內(nèi)外有很多單位及個人在超聲波絕對定位方面作了大量研究工作。例如周榮蓮 對超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因進行了詳細的分析，陳永光等研究了無源時差定位原理與定 位精度的關(guān)系，熊春山等利用波頭計數(shù)與零交叉點檢測的方法來提高超聲測距的精度，中 國香港的F Tong等把超聲波精確定位系統(tǒng)應(yīng)用在自制導航車上，進行導航研究。
【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，無法有效實現(xiàn) 對車輛空間精確定位的問題而提出一種定位精度高，能有效減少測量誤差，使用穩(wěn)定，可有 效實現(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，是利用超聲波測距所測數(shù)據(jù)經(jīng)幾何算法求得 被測物在空間中所處位置，在空間位置測量中，采用多點測量定位，在同一個平面內(nèi)放置不 少于四個的多個超聲波接收傳感器和一個超聲波發(fā)射探頭，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波的同時， 計時器開始計時，當接收到超聲波信號時記下各自接收到信號的時間與初值的差值，根據(jù) 相應(yīng)的坐標利用IQmath庫函數(shù)計算出發(fā)射點的坐標，進行定位。
[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，各自接收到信號的時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于是一個等腰三角形，超聲波傳播的速度為C， 然后以優(yōu)先的3個或4個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，是利用超聲波測距所測數(shù)據(jù)經(jīng)幾何算法求得 被測物在空間中所處位置，在空間位置測量中，采用多點測量定位，在同一個平面內(nèi)放置不 少于四個的多個超聲波接收傳感器和一個超聲波發(fā)射探頭，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波的同時， 計時器開始計時，當接收到超聲波信號時記下各自接收到信號的時間與初值的差值，根據(jù) 相應(yīng)的坐標利用IQmath庫函數(shù)計算出發(fā)射點的坐標，進行定位。
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，各自接收到信號的時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于是一個等腰三角形，超聲波傳 播的速度為C，然后以優(yōu)先的3個或4個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物體在坐標系中的X坐標值與Υ坐標值，即被測物體位置 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 志位設(shè)置模塊、超聲波脈沖發(fā)射模塊、超聲波信號接收模塊、溫度測量模塊和定位算法模 塊； 所述標志位設(shè)置模塊用于標記系統(tǒng)的工作模式，即用來對標志位進行設(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)接收到控制信號產(chǎn)生實際的超聲波信號； 所述超聲波信號接收模塊具有不少于四個的接收點，用于控制超聲波的接收，即用于 產(chǎn)生嚴格的控制信號給超聲波接收硬件以接收處理超聲波回波； 所述溫度測量模塊用于測量系統(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算定位信息，其根據(jù)所述標志位設(shè)置模塊、超聲波脈沖發(fā)射 模塊、超聲波信號接收模塊和溫度測量模塊分別測量出的距離數(shù)據(jù)，再結(jié)合當前溫度，通過 定位算法計算出當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：所述標志位設(shè) 置模塊具有工作標志位和模式標志位，系統(tǒng)默認測量模式為單次測量，在系統(tǒng)執(zhí)行時工作 標志及模式標志都滿足條件即進行相應(yīng)測量。
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)主控芯片的定時器〇及定時器中斷產(chǎn)生方波，在每次中斷中對輸出電 平進行翻轉(zhuǎn)，在發(fā)射脈沖產(chǎn)生結(jié)束后，利用中斷實現(xiàn)延時效果，將Cut of電平拉低，實現(xiàn)強 制短路變壓器初級，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)生脈沖個數(shù)，在每次中斷中可對系統(tǒng)主控芯 片的定時器周期寄存器進行重新賦值，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 號接收模塊具有四個接收點，即具有四路，其在每次測量中使用與門電路，將四路中斷信號 接入電路，并將所述四路中斷信號與四個對應(yīng)的系統(tǒng)主控芯片的I/O 口相連，與所得的信 號接入中斷；每次進入中斷后，首先檢測四個系統(tǒng)主控芯片的I/O 口的值，判斷中斷信號的 來源，進而將所得到的時間差值賦值到對應(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量的溫度精度達到0. 1度，測量的溫度的范圍 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庫函數(shù)完成定位公式的求解。
【文檔編號】G01S15/08GK104101879SQ201410297600
【公開日】2014年10月15日 申請日期: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 申請人:湖北汽車工業(yè)學院
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