出在当前环境条件下精确的声速。
[0047] 上述计算过程由移动定位模块内的中央处理器实现，通过机器人将接收到的超声 波信号会同电子地图一起放入中央处理器的运算模块中进行计算，通过比较接收到的超声 波信号的相位差，来判断机器人在电子地图中的角度，最终将所得的三维坐标数据无线传 送给电子定位平台，生成机器人的导航信息并显示。
[0048] 本实施例可实现的精度标准为：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 实施例所能达到的理论精度〈0. 1mm。
[0049] 不同的精度等级是由信标安装精度、机械制造精度、电路精度(主要是模拟部分)、 补偿算法决定的，利用补偿算法来解决这些问题，可在保障精度的同时降低造价。
【主权项】
1. 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。2. 根据权利要求1所述的无线、超声波复合定位系统，其特征在于：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。3. 根据权利要求1或2所述的无线、超声波复合定位系统，其特征在于：所述移动体为 机器人或智能车。4. 根据权利要求1或2所述的无线、超声波复合定位系统，其特征在于：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。5. 根据权利要求2所述的无线、超声波复合定位系统，其特征在于：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。6. -种根据权利要求]-5任一项所述无线、超声波复合定位系统的定位方法，其特征 在于：包括以下步骤： (1) 由机器人定位终端依据移动体行走的起始坐标数据，结合定位后沿预设的运动轨 迹可能达到的坐标，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，依次序 分别呼唤需要的信标模块，建立信标模块和机器人定位终端的同步测试关系； (2) 收到同步信号的机器人定位终端启动数据采集时间窗口T，接收信标模块按时序发 来的已编码的超声波信号，分别标记接收到的时间为ThT2，…，，其中，i与所呼唤信标模 块的数量相同；处理计算每个时间段接收到的超声波信号数据段，识别其编码，若接收到多 组相同编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算 找到每个时间段最先到达的此组超声波编码信号的起头时间T/，T2'，…，IV; (3)计算得到超声波接收阵列与每个信标模块之间的距离\为21=T/Xc，其中，c为超声波信号在常温下的传播速度，并修正超声波信号的传播速度c; (4) 计算得出超声波接收阵列理论中心与每个信标模块的距离1^以及信标模块与超声 波接收阵列理论中心的右旋角Y1; (5) 计算机器人所在位置的二维坐标数据或三维坐标数据； (6) 将所得的二维坐标数据或三维坐标数据无线传送给电子定位平台，生成机器人的 位置信息。7. -种根据权利要求6所述无线、超声波复合定位系统的定位方法，其特征在于：步骤 (2)中，所述实时采集数据包括：将在T时刻内接收的超声波信号根据其信号的强弱自动进 行增益控制，输出稳定的超声波幅值动态范围；再将该超声波模拟信号转换为数字信号并 存储；所述处理计算每个时间段接收到的超声波信号数据段包括：处理转换后的超声波数 字信号，计算得到判断阈值，若采集到的超声波信号的幅值达到判断阈值则认为当前信号 为超声波信号，否则认为是噪声信号。8. -种根据权利要求6或7所述无线、超声波复合定位系统的定位方法，其特征在于： 步骤（1)中，还包括：由移动定位模块向电子定位平台申请定位，由电子定位平台查询移动 定位模块所呼唤的信标模块是否被其它移动体占用，若已占用，则通知移动定位模块需间 隔某一时间后再动作，间隔时间到后，继续完成后面的定位测试。9. 一种根据权利要求6或7所述无线、超声波复合定位系统的定位方法，其特征在于： 步骤（4)中，具体包括：检测超声波接收阵列的不同超声波感应元接收到的超声波的编码 是否相同，若相同则甄选出该编码的信标模块发射的超声波信号到达超声波感应元时间最 短的两路信号，并结合相对应的两个超声波感应元的固定位置和固定角度，计算得出超声 波接收阵列理论中心与信标模块的距离以及该信标模块与超声波接收阵列理论中心的右 旋角；所述超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离由如下公式获得，其弓式中，&、&为接收同一编码超声波的两个超声波感应元与信标模块的直线距离，且y为超声波感应元与超声波接收阵列理论中心的直线距离，S为两个超声波感应 元之间的直线距离，a为直线&与直线s之间的夹角，A为与&相对应的超声波感应元到 超声波接收阵列理论中心的直线R与直线^之间的夹角，其中，角度A和直线6均为超声波 接收阵列的的固定尺寸。10. 所述信标模块与超声波接收阵列理论中心的右旋角由如下公式获得，式中，为与Aj目对应的超声波感应元的右旋角，右旋角为超声波接收阵列的的固定尺 寸。11. 一种根据权利要求6或7所述无线、超声波复合定位系统的定位方法，其特征在于： 步骤（3)中，所述超声波信号的传播速度c的修正方法为： A. 选取所需的两个信标模块，根据它们的固定坐标计算出它们之间的绝对距离； B. 在超声波有效覆盖范围内的任意一个地方，在固定的默认声速条件下，计算出超声 波接收阵列理论中心与两个信标模块的相对距离和角度，进而计算出两个信标模块之间的 相对距离； C. 将两个信标模块之间的绝对距离与相对距离的误差百分率作为补偿，计算出实际声 速。
【专利摘要】一种无线、超声波复合定位系统及其定位方法，其中无线、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。本发明还包括无线、超声波复合定位系统的定位方法。本发明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。
【IPC分类】G01S5/00, G01S5/24, G01S5/18, H04W4/04, G01S5/26
【公开号】CN105116378
【申请号】CN201510637959
【发明人】戴晓洪, 戴苗苗
【申请人】长沙开山斧智能科技有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月30日