[发明专利]一种基于复合型超声波信号的超声定位系统

说明书

本发明公开了一种基于复合型超声波信号的超声定位系统，所述系统包括：移动发射信标和多个固定接收信标，所述固定接收信标的个数不少于3个；所述移动发射信标，用于同步发射无线电信号与复合型超声波信号，所述复合型超声波信号包括宽带测距信号和载波编码信号；还用于接收固定接收信标回传的距离，基于测量置信度和上次定位结果，通过滤波算法计算自身的位置；每个固定接收信标，用于接收无线电信号和复合型超声波信号，利用互相关算法计算超声波飞行时间，再利用温湿度补偿以计算补偿声速，由此计算该固定接收信标和移动发射信标之间的距离；将该距离通过无线电回传至移动发射信标。

技术领域

本发明涉及超声定位领域，具体涉及一种基于复合型超声波信号的超声定位系统。

背景技术

相较于其它基站定位系统，超声波因其原理可提供实时的厘米级定位，是该定位方式最大的优势。不过，目前没有一款成熟稳定的可大规模应用的超声波定位产品。现有超声定位系统常常面临定位精度不稳定、定位频率低、测量距离近、抗干扰能力差、系统不稳定等问题。特别是在大场景中的定位，复杂环境的多传播途径、时变的传播过程、自身收发电路的噪声等因素，都会造成信号变形、信噪比降低、多经衰落等，这些都会反映到测距和定位算法求解中，从而影响系统的定位结果。究其根本是超声信号形式过于单一，包含的信息量过少，同时测距算法结构过于简单，无法对抗复杂的时变环境。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种基于复合型超声波信号的室内定位系统，该系统具有高精度、高鲁棒性、高频发、高并发四大技术特点，通过算法与温度补偿实现复杂环境中的厘米级定位，并且支持多信标的同时定位。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于复合型超声波信号的超声定位系统，所述系统包括：移动发射信标和多个固定接收信标，所述固定接收信标的个数不少于3个；

所述移动发射信标，用于同步发射无线电信号与复合型超声波信号，所述复合型超声波信号包括宽带测距信号和载波编码信号；还用于接收固定接收信标回传的距离，基于测量置信度和上次定位结果，通过滤波算法计算自身的位置；

每个固定接收信标，用于接收无线电信号和复合型超声波信号，利用互相关算法计算超声波飞行时间，再利用温湿度补偿以计算补偿声速，由此计算该固定接收信标和移动发射信标之间的距离；将该距离通过无线电回传至移动发射信标。

作为上述系统的一种改进，所述移动发射信标包括：信号生成模块、第一无线电模块、超声波换能器、定位模块、第一无线通讯模块和第一温度测量模块；

所述信号生成模块，用于生成宽带测距信号，根据信标的硬件编号和当前时间生成帧的唯一标识码，再通过CDMA编码以及IQ调制，得到载波编码信号；将宽带测距信号和载波编码信号合成为复合型超声波信号，输出给超声波换能器；还用于同步发送包含标识码的无线电信号给无线电模块；

所述超声波换能器，用于将复合型超声波信号发射出去；

所述无线电模块，用于将无线电信号发射出去，还用于接收各固定接收模块回传的包含测距信息的无线电信号；

所述定位模块，用于根据接收到的3个及以上的测距信息，解算出自身的位置信息；

所述温度测量模块，用于测量自身的温度，通过无线通讯模块发送出去。

作为上述系统的一种改进，所述宽带测距信号为啁啾信号、伪随机信号、双频差分信号或单频脉冲信号。

作为上述系统的一种改进，所述定位模块的具体实现过程为：

将每个测距数据转化为三维空间中的定位信息；

当接收到3个及以上的测距信息，运用空间几何关系建立数学模型，再利用非线性求解器计算得到目标位置的估计；