[实用新型]超声波目标定位与跟踪装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种目标定位装置，具体涉及一种采用超声波实现的目标定位与跟踪装置。

背景技术

超声波测距系统原理简单，易于实现，成本低廉，因而已经在生产生活中得到广泛的应用。典型的应用有超声波物(料)位测量、障碍物距离测量、河床深度测量、倒车雷达、等等，都已经有了成熟的产品。其原理都是通过主动发射脉冲超声波，再检测回波信号的返回时间，通过计算后得到目标的距离。

在此基础上，如果能够确定目标的方位，则可以实现对于目标的定位。这对于很多实际应用(如机器人系统)具有重要的意义。

中国发明专利申请CN101226405A公开了一种基于超声波源的二维定位控制系统，包括两个静止超声波基站、安装在受控二维平面作业的机械上的超声波收发器和定位控制器，超声波基站在收到超声波信号后转发超声波信号，定位控制器包括距离计算模块，用于计算当前点与两个超声波基站的距离L1和L2，目标点与两个超声波基站的距离L3和L4；数据存储模块，用于存储两个静止超声波基站之间的距离L、L1和L2、L3和L4；定位移动控制模块，用于当机械从当前点移动到目标点时，通过X轴和Y轴移动来实现，将所述X轴和Y轴移动距离控制指令输出到机械的X轴受控电机和Y轴受控电机。该控制系统可以实现二维平面上的定位，但其至少需要3对超声波发送器和接收器，结构比较复杂，成本较高；并且其中一对需要安装在待定位的目标上，而在很多应用场合，给目标加装超声波收发器是不现实的。由此限制了该定位装置的应用场合。

发明内容

本实用新型目的是提供一种结构简单的超声波目标定位与跟踪装置，不需要在目标上安装超声波收发器，即可实现对目标的定位与跟踪。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种超声波目标定位与跟踪装置，包括至少一组超声波收发装置、定位模块和跟踪模块，所述定位模块和跟踪模块由微控制器及驱动电路与执行机构构成，所述超声波收发装置包括一个超声波信号发射器以及偶数个超声波信号接收器，所述超声波信号接收器对称分布于超声波信号发射器的两侧。

上述技术方案中，所述定位模块是根据超声波信号的往返时间差及本实用新型的原理进行计算，以确定目标的距离和方位的模块，可以由微控制器实现；所述跟踪模块是根据物体的方位确定装置的运动方向的模块，通常由微控制器及驱动电路与执行机构构成，通过例如电机等装置驱动携带本装置的载体运动，实现跟踪。

进一步的技术方案，设有2个所述超声波信号接收器，所述超声波信号发射器与2个超声波信号接收器位于一条直线上，且超声波信号发射器发射强度最大的方向与该直线垂直。

为了实现对不同距离的目标的定位，需要调整超波信号接收器至超声波信号发射器的距离，当目标较远时，增加所述距离，当目标较近时，减小所述距离。由此，一种实现方案是：所述2个超声波信号接收器设于一间距调整机构上，所述间距调整机构的运动方向与超声波信号接收器和超声波信号发射器的连线方向平行。

优选的技术方案是，所述超声波信号接收器与超声波信号发射器间的距离为被测目标距离的1/4～1/2之间，以1/2距离为最佳。

另一种实现方案是：设有至少2对所述超声波信号接收器，每对中的2个接收器相对发射器对称分布。根据需要，可以设置2对、3对或更多的接收器，以根据目标的距离情况切换选择使用对应的接收器对。

上述技术方案中，还可以设有显示模块，所述显示模块与所述微控制器的输出端电连接。显示模块用于显示目标的方位和距离。

上述技术方案中，可以设有由微控制器控制的移动机构，所述的移动机构装载着超声波目标定位与跟踪装置的所有部件，并能够在微控制器的控制下向目标方向移动，从而实现对于目标的跟踪。

本实用新型的工作原理说明如下：

参见附图1所示，先将超声波传感器和目标都理想化为一个点。系统采用一个超声波发射器(SP)和两个对称配置相互距离为2S的超声波接收器(R1、R2)。

利用超声波测量距离的方法，可以得到从发射器到两个接收器之间的超声波的往返传送时间t1和t2，它们与距离L+L1和L+L2成正比，v为超声波传播速度，利用三角关系经过计算后可以得到平均距离L(即从发射器到目标之间的距离)以及方位角之间的关系如下：

L1+L＝v×t1＝C1

L2+L＝v×t2＝C2