一种超声波测距方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种超声波测距方法及系统，包括以下操作步骤：将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离、与各个平面之间的垂直距离，以及相对于参考原点的距离，本发明专利技术测距方法立体直观，能够有效对位点进行精准测距，空间准确度高，实用性好。

A method and system of ultrasonic ranging

【技术实现步骤摘要】
一种超声波测距方法及系统
本专利技术涉及超声测距
，具体的为一种超声波测距方法及系统。
技术介绍
无线传感器网络可应用于布线和电源供给困难、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些临时场合(如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏)等。它不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点，可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域，特别是对于军事应用、目标追踪、环境检测、空间探索，无线传感器网络的优势越来越明显。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距设备在我们日常生活中同样应用的十分广泛，利用基本的电声学原理，通过时间差可以简单的测量距离。然而，由于超声波是球面波，传播过程中的指向性较差且有一定的扩散角，并且测量的参照系是以超声波传感器为原点的极坐标系，因此传统的超声测距测量到的距离实际上是极坐标中的矢量半径的长度而不是被测目标与参考点的实际距离。此外，为了提高测量精度，则需要使用更多指向性较强的超声波传感器，成本高。。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超声波测距方法及系统，测距方法立体直观，能够有效对位点进行精准测距，空间准确度高，实用性好。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超声波测距方法，包括以下操作步骤：1)将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；2)3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；3)被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；4)根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离；以及计算出被测目标与各个平面之间的垂直距离，以及被测目标在其中一个平面上的投影相对于参考原点的距离。优选的，超声波传感器发射端使用伪随机码扩展信号频谱，每个发射端使用不同的伪随机码序列；将所述发射端的伪随机码序列或该伪随机码序列的差分通过频率为fc的载波进行调制，滤波后得到一调制信号，该调制信号通过超声波发射器发射出去；超声波传感器接收端接收到一发射端所发射的超声波信号后，首先进行滤波，然后对所接收到的超声波信号进行解调得到一解调信号,该解调信号使用接收端的本地伪随机码序列进行累积，对累积值进行峰值检测，根据峰值计算得到接收端接收到超声波的时刻，再进一步计算得到接收端与发射端的距离。优选的，伪随机码序列是选取值为1与-1的伪随机序列，并且该序列的差分序列依然有很好的相关性。优选的，发射端的滤波和所述接收端的滤波采用高通或带通滤波器滤波优选的，一种超声波测距系统，基于上述的超声波测距方法对被测目标进行测距并通过所述超声波测距电缆输出超声波测距信号，包括：至少3个超声波传感器，所述至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上且3个超声波传感器的法线两两可相交确定一个平面，构成三维立体结构；至少3条超声波测距电缆，所述至少3条超声波测距电缆分别连接至所述至少3个超声波传感器；以及，测距装置控制平台。优选的，控制平台包括数据采集合成控制电路板、显示屏，且由微控制器调控电连，所述数据采集合成控制电路板设在控制平台内用于采集来自于所述至少3个超声波传感器的超声波测距信号。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过三组超声波传感器，对被测物进行多个方位上的监测定位，测距方法立体直观，能够有效对位点进行精准测距，空间准确度高，实用性好。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种超声波测距方法，包括以下操作步骤：1)将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；2)3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；3)被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；4)根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离；以及计算出被测目标与各个平面之间的垂直距离，以及被测目标在其中一个平面上的投影相对于参考原点的距离。优选的，超声波传感器发射端使用伪随机码扩展信号频谱，每个发射端使用不同的伪随机码序列；将所述发射端的伪随机码序列或该伪随机码序列的差分通过频率为fc的载波进行调制，滤波后得到一调制信号，该调制信号通过超声波发射器发射出去；超声波传感器接收端接收到一发射端所发射的超声波信号后，首先进行滤波，然后对所接收到的超声波信号进行解调得到一解调信号,该解调信号使用接收端的本地伪随机码序列进行累积，对累积值进行峰值检测，根据峰值计算得到接收端接收到超声波的时刻，再进一步计算得到接收端与发射端的距离。优选的，伪随机码序列是选取值为1与-1的伪随机序列，并且该序列的差分序列依然有很好的相关性。优选的，发射端的滤波和所述接收端的滤波采用高通或带通滤波器滤波优选的，一种超声波测距系统，基于上述的超声波测距方法对被测目标进行测距并通过所述超声波测距电缆输出超声波测距信号，包括：至少3个超声波传感器，所述至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上且3个超声波传感器的法线两两可相交确定一个平面，构成三维立体结构；至少3条超声波测距电缆，所述至少3条超声波测距电缆分别连接至所述至少3个超声波传感器；以及，测距装置控制平台。优选的，控制平台包括数据采集合成控制电路板、显示屏，且由微控制器调控电连，所述数据采集合成控制电路板设在控制平台内用于采集来自于所述至少3个超声波传感器的超声波测距信号。本专利技术通过三组超声波传感器，对被测物进行多个方位上的监测定位，测距方法立体直观，能够有效对位点进行精准测距，空间准确度高，实用性好。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波测距方法，其特征在于：包括以下操作步骤：/n1)将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；/n2)3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；/n3)被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；/n4)根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离；以及计算出被测目标与各个平面之间的垂直距离，以及被测目标在其中一个平面上的投影相对于参考原点的距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声波测距方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
1)将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；
2)3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；
3)被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；
4)根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离；以及计算出被测目标与各个平面之间的垂直距离，以及被测目标在其中一个平面上的投影相对于参考原点的距离。


2.根据权利要求1所述的超声波测距方法，其特征在于：超声波传感器发射端使用伪随机码扩展信号频谱，每个发射端使用不同的伪随机码序列；将所述发射端的伪随机码序列或该伪随机码序列的差分通过频率为fc的载波进行调制，滤波后得到一调制信号，该调制信号通过超声波发射器发射出去；
超声波传感器接收端接收到一发射端所发射的超声波信号后，首先进行滤波，然后对所接收到的超声波信号进行解调得到一解调信号,该解调信号使用接收端的本地伪随机码序列进行累积，对累积值进行峰值检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓明，
申请(专利权)人：南京科烁志诺信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32