基于超声波的车辆空间定位方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于超声波的车辆空间定位方法及系统，是利用超声波测距所测数据经几何算法求得被测物在空间中所处位置，在同一个平面内放置不少于四个的多个超声波接收传感器和一个超声波发射探头，发射超声波的同时计时，记下各自接收到信号的时间与初值的差值,根据相应的坐标利用IQmath库函数计算出发射点的坐标进行定位。该系统包括标志位设置模块、超声波脉冲发射模块、超声波信号接收模块、温度测量模块和定位算法模块本发明的定位系统定位精度高，能有效减少测量误差，使用稳定，可有效实现车辆局部空间的精确定位。
【专利说明】基于超声波的车辆空间定位方法及系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆空间定位【技术领域】，尤其涉及一种基于超声波的车辆空间定位方 法及系统。

【背景技术】
[0002] 目前定位主要有三大技术：AP ( Access Point )讯号定位、Τ0Α ( Time of Arrive )型定位及GPS( Global Position System )定位。利用无线网络AP的信号强度 进行室内定位的优点在于配合AP可以搭载资料的特性，进而提供信息服务，最佳的定位 精度可以达到1 m。但是系统受环境影响比较大，定位不稳定。GPS Re-radiating技术是 将GPS应用于室内定位的改进技术，它将GPS L1信号引入室内，使GPS接收机在室内能 正常工作，但受限于其定位原理，高频率的动态定位精度会落在5m至15m之间。Τ0Α的定 位技术是利用量测已知点到待测点的位置，使用几何关系算出待测点的位置。由于在室内 已知点到待测点的距离通常不是很远，因此无法用无线电波进行测距，因此研究局部定位 精确是很有必要的。
[0003] 国内外有很多单位及个人在超声波绝对定位方面作了大量研究工作。例如周荣莲 对超声波测距误差产生的原因进行了详细的分析，陈永光等研究了无源时差定位原理与定 位精度的关系，熊春山等利用波头计数与零交叉点检测的方法来提高超声测距的精度，中 国香港的F Tong等把超声波精确定位系统应用在自制导航车上，进行导航研究。


【发明内容】

[0004] 本发明是为了解决现有车辆空间定位系统定位不稳定且误差较大，无法有效实现 对车辆空间精确定位的问题而提出一种定位精度高，能有效减少测量误差，使用稳定，可有 效实现车辆局部空间的精确定位的基于超声波的车辆空间定位方法及系统。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的： 上述的基于超声波的车辆空间定位方法，是利用超声波测距所测数据经几何算法求得 被测物在空间中所处位置，在空间位置测量中，采用多点测量定位，在同一个平面内放置不 少于四个的多个超声波接收传感器和一个超声波发射探头，发射探头发射超声波的同时， 计时器开始计时，当接收到超声波信号时记下各自接收到信号的时间与初值的差值，根据 相应的坐标利用IQmath库函数计算出发射点的坐标，进行定位。
[0006] 所述的基于超声波的车辆空间定位方法，其中：所述多个超声波接收传感器为 Mn，超声波发射探头为T，各自接收到信号的时间与初值的差值分别为Tn，超声波发射到超 声波接收的过程中超声波的传播路径相当于是一个等腰三角形，超声波传播的速度为C， 然后以优先的3个或4个超声波接收传感器为Μ0、Ml、M2、M3和差值TO、Τ1、Τ2、Τ3，可得方 程组：

【权利要求】
1. 一种基于超声波的车辆空间定位方法，是利用超声波测距所测数据经几何算法求得 被测物在空间中所处位置，在空间位置测量中，采用多点测量定位，在同一个平面内放置不 少于四个的多个超声波接收传感器和一个超声波发射探头，发射探头发射超声波的同时， 计时器开始计时，当接收到超声波信号时记下各自接收到信号的时间与初值的差值，根据 相应的坐标利用IQmath库函数计算出发射点的坐标，进行定位。
2. 如权利要求1所述的基于超声波的车辆空间定位方法，其特征在于：所述多个超声 波接收传感器为Mn，超声波发射探头为T，各自接收到信号的时间与初值的差值分别为Tn， 超声波发射到超声波接收的过程中超声波的传播路径相当于是一个等腰三角形，超声波传 播的速度为C，然后以优先的3个或4个超声波接收传感器为MO、Ml、M2、M3和差值TO、 T1、T2、T3,可得方程组：
由上述公式最终可求得被测物体在坐标系中的X坐标值与Υ坐标值，即被测物体位置 信息。
3. -种基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述车辆空间定位系统包括标 志位设置模块、超声波脉冲发射模块、超声波信号接收模块、温度测量模块和定位算法模 块； 所述标志位设置模块用于标记系统的工作模式，即用来对标志位进行设置； 所述超声波脉冲发射模块用于控制超声波的发射，其通过输出超声波发射控制信号给 超声波发射硬件，使所述超声波发射硬件根据接收到控制信号产生实际的超声波信号； 所述超声波信号接收模块具有不少于四个的接收点，用于控制超声波的接收，即用于 产生严格的控制信号给超声波接收硬件以接收处理超声波回波； 所述温度测量模块用于测量系统的工作环境温度，其控制外部的温度传感器获取外部 温度，以校正定位算法中因温度变化而产生的误差； 所述定位算法模块用于计算定位信息，其根据所述标志位设置模块、超声波脉冲发射 模块、超声波信号接收模块和温度测量模块分别测量出的距离数据，再结合当前温度，通过 定位算法计算出当前车辆在空间中的位置信息。
4. 如权利要求3所述的基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述标志位设 置模块具有工作标志位和模式标志位，系统默认测量模式为单次测量，在系统执行时工作 标志及模式标志都满足条件即进行相应测量。
5. 如权利要求3所述的基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述超声波脉 冲发射模块利用系统主控芯片的定时器〇及定时器中断产生方波，在每次中断中对输出电 平进行翻转，在发射脉冲产生结束后，利用中断实现延时效果，将Cut of电平拉低，实现强 制短路变压器初级，使发射回路快速消耗掉谐振能量，抑制余波。
6. 如权利要求3或5所述的基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述超声 波脉冲发射模块可通过限制中断次数而控制产生脉冲个数，在每次中断中可对系统主控芯 片的定时器周期寄存器进行重新赋值，使得方波占空比可调。
7. 如权利要求3所述的基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述超声波信 号接收模块具有四个接收点，即具有四路，其在每次测量中使用与门电路，将四路中断信号 接入电路，并将所述四路中断信号与四个对应的系统主控芯片的I/O 口相连，与所得的信 号接入中断；每次进入中断后，首先检测四个系统主控芯片的I/O 口的值，判断中断信号的 来源，进而将所得到的时间差值赋值到对应的数组位。
8. 如权利要求7所述的基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述超声波信 号接收模块只接收四次中断，四次中断后关闭全局中断，以避免接收到回波。
9. 如权利要求3所述的基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述温度传感 器与系统主控芯片连接且测量结果以9?12位数字量方式串行传送； 所述温度传感器采用DS18B20单总线温度传感器，其可通过一条口线实现与所述系 统主控芯片的双向通讯； 所述DS18B20单总线温度传感器测量的温度精度达到0. 1度，测量的温度的范围 在-20°C?100°C之间。
10. 如权利要求3所述的基于超声波的车辆空间定位系统，其特征在于：所述定位算法 模块是调用系统主控芯片中的IQmath库函数完成定位公式的求解。
【文档编号】G01S15/08GK104101879SQ201410297600
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月29日 优先权日:2014年6月29日
【发明者】张凯, 程登良, 刘熙民, 王鹏, 陈恢妹 申请人:湖北汽车工业学院