一种无线、超声波复合定位系统技术方案

一种无线、超声波复合定位系统，包括若干个固定位置的信标模块、至少一个移动定位模块和电子定位平台；信标模块包括第一无线收发模块、超声波发射模块和第一智能处理模块；移动定位模块安装于移动体上，包括第二无线收发模块、超声波接收阵列、阵列处理模块和中央处理器；电子定位平台用于构建电子地图，并向移动定位模块发送电子地图，还用于协调信标模块和移动定位模块的同步。本实用新型专利技术解决了多径效应和非视距传播问题，提高了测量精度，所能达到的理论精度<0.1mm。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及定位导航
，特别是一种无线、超声波复合定位系统。
技术介绍
室内是人类活动最密集，与人类生活生产最相关的场合。室内定位可视为定位技 术与人联系最紧密的一个组成部分，其存在的重要潜在应用，近年来吸引了大量的研究和 关注。室内由于有大量墙体、屏风等障碍存在，多径效应严重，场强分布不均甚至有盲区存 在。人员的频繁移动、电子设备和门窗的开关等也给信号传输带来大量随机，不可测的干扰 和波动。因此针对复杂室内环境的定位技术一直是研究的难点，也是学术界一直关注的热 点问题。 室内定位技术大多采用短距无线定位技术，包含WLAN、RFID、蓝牙、UWB等。但总体 而言它们都存在精度差的问题而不能用于机器人定位。当前采用这些技术的定位系统，最 高标称能达到l〇cm，该精度基本上也是使用无线定位技术所能达到的极限精度。 现有的超声波定位技术主要存在以下缺陷：（1)超声波传输过程衰减明显；（2)超 声波受多径效应和非视距传播影响。这些缺点导致现在的这些技术基本只能用于无人且环 境较空的场所。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种定位精度高，成本低的 无线、超声波复合定位系统。 本技术的技术方案是： -种无线、超声波复合定位系统，包括若干个固定位置的信标模块、至少一个移动 定位模块和电子定位平台； 所述信标模块包括： 第一无线收发模块，用于以无线的方式与移动定位模块和/或电子定位平台联 络，收发指令和同步信号； 超声波发射模块，用于发出已编址的超声波信号； 第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安 排； 所述移动定位模块安装于移动体上，包括： 第二无线收发模块，用于负责与信标模块和电子定位平台联络，收发无线同步信 号，以及接收对待接收的超声波信号做出的时序安排； 超声波接收阵列，用于接收来自不同角度的超声波信号； 第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器； 所述阵列处理模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增 益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字 信号； 所述中央处理器用于处理接收到的指令、模块各部分的逻辑关系、做出同步时序 安排、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息，并将超声波数据会同电子定位平台 发送来的电子地图一起放入计算单元中进行计算处理，得到位置坐标数据； 所述电子定位平台用于构建电子地图，并向移动定位模块发送电子地图，以无线 方式传给移动定位模块进行移动体的调度；还用于协调信标模块和移动定位模块的同步， 接收从各个移动定位模块上传的位置坐标数据。 进一步，所述阵列处理模块包括前置放大模块和A/D转换模块； 所述前置放大模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增 益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定； 所述A/D转换模块用于将检测时间段内的超声波模拟信号连续转换成数字信号 并存储；通过中央处理器扫描采集到的超声波信号幅度，处理该组超声波数据；根据接收 到的超 声波脉冲群的平均幅值，来计算用于判断的阈值；达到判断阈值的点则认为当前 测试的超声波信号到达起始点，否则认为是噪声信号。 进一步，所述移动体为机器人或智能车。 进一步，所述电子定位平台包括： 搭载电子地图的计算机，用于向移动定位模块发送电子地图； 第三无线收发模块，用于传送电子地图，并发送定位同步信号，协调信标模块和移 动定位模块的时序，接收各个移动定位模块上传的位置坐标数据； 显示器，用于显示电子地图。 进一步，所述第一无线收发模块和第二无线收发模块为WIFI模块、蓝牙通信模块 或ZigBee通讯模块。 进一步，所述超声波收发阵列为具有至少四个超声波感应元的集成阵列，或由至 少四个独立的超声波传感器分散而成的阵列；所述前置放大模块和A/D转换模块的通道数 量与超声波感应元的数量相对应。 本技术与现有技术相比具有如下特点： (1)将接收到的超声波信号根据其信号的强弱进行自动增益控制，输出稳定的动 态范围，并转换成数字信号，计算出判断阈值，根据判断阈值判断当前信号为超声波信号还 是噪声信号，从而实现超声波检测，解决了超声波信号在传输过程中的衰减问题； (2)选用超声波接收阵列代替单个超声波传感器，能够从各个方向接收超声波信 号，提尚定位精度； (3)利用超声波阵列中超声波感应元之间的相位差和信号强度，分辨不同途径的 超声波，只取直线到达的超声波，这样可解决多径效应和非视距传播问题，滤除环境声波的 干扰，缩短测试时间，大大提高测距精度和可靠性； (4)使用编码超声波方式可便于确定接收的超声波是否是需要的信标模块发送 的，同时通过与发射源的理论编码比对，判断该组超声波是不是需要的信标模块发送的那 束超声波，可精确确定超声波的起始点和发射角度，提高测距的准确度； (5)利用超声波接收阵列接收超声波信号，经数据处理，根据超声波接收阵列与信 标模块之间的超声波信号的相位关系来判断机器人的位置和方向，并会同电子地图发送至 电子定位平台，实现机器人的路径规划和定位； (6)利用采集的2个以上信标模块的超声波信号，来计算信标模块之间的绝对距 离与相对距离之间误差百分率作为补偿，进而计算出在当前环境条件下精确的声速，精确 率高，成本低，计算简单； (7)常规精度的设计标准为：定位误差1cm，比现有最好的无线室内定位系统提高 一个精度数量等级；中等精度的设计标准为：定位误差1mm，本技术所能达到的理论精 度〈0. 1mm。【附图说明】 图1为本技术实施例的结构示意图； 图2为本技术实施例机器人所在三维坐标的计算简图； 图3为本技术实施例超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离计算简图； 图4为本技术实施例超声波接收阵列理论中心与信标模块的角度计算简图； 图5为本技术实施例声速修正计算简图。【具体实施方式】 以下结合附图和【具体实施方式】对本技术的详细结构作进一步描述。 -种无线、超声波复合定位系统，包括多个信标模块、至少一个移动定位模块和电 子定位平台。移动定位模块可安装在一个移动体上(如机器人，智能车等)，本实施例以机器 人为例进行说明。每台机器人搭载一个移动定位模块。信标模块的位置必须是固定的，从 而获得固定位置坐标，多个信标模块其可以安装于墙上或者其它固定物体上(放置的位置 没有具体要求)，具体数量根据待定位置的空间大小决定；根据机器人沿预设的运动轨迹可 能达到的位置坐标，计算规划出每个可能达到的坐标处所需的至少两个信标模块。 具体地，信标模块包括第一智能处理模块以及分别与第一智能处理模块连接的第 一无线收发模块和超声波发射模块。 第一无线收发模块用于以无线的方式与需要定位的移动定位模块和/或电子定 位平台联络，收发指令和同步信号；第一无线收发模块可以采用符合多种无线通信协议的 网络模块，例如WIFI模块、ZigBee模块、蓝牙通信模块等。优选地，第一无线收发模块采用 无线串口通信模块。 超声波发射模块，用于发出已编址的超声波信号；由于多个信标模块中每个信标 模块都赋予唯一编码，以便于移动定位模块通过识别编码来判断接收的超声波是否是所呼 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线、超声波复合定位系统，其特征在于：包括若干个固定位置的信标模块、至少一个移动定位模块和电子定位平台；所述信标模块包括：第一无线收发模块，用于以无线的方式与移动定位模块和/或电子定位平台联络，收发指令和同步信号；超声波发射模块，用于发出已编址的超声波信号；第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排；所述移动定位模块安装于移动体上，包括：第二无线收发模块，用于负责与信标模块和电子定位平台联络，收发无线同步信号，以及接收对待接收的超声波信号做出的时序安排；超声波接收阵列，用于接收来自不同角度的超声波信号；第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器；所述阵列处理模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字信号；所述中央处理器用于处理接收到的指令、模块各部分的逻辑关系、做出同步时序安排、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息，并将超声波数据会同电子定位平台发送来的电子地图一起放入计算单元中进行计算处理，得到位置坐标数据；所述电子定位平台用于构建电子地图，并向移动定位模块发送电子地图，以无线方式传给移动定位模块进行移动体的调度；还用于协调信标模块和移动定位模块的同步，接收从各个移动定位模块上传的位置坐标数据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓洪，戴苗苗，
申请(专利权)人：长沙开山斧智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43