[发明专利]基于多频可闻声波幅度求和的测距方法

摘要

本发明公开了基于多频可闻声波幅度求和的测距方法，主要解决现有单一频率可闻声波测距同步要求高和偶然误差大的问题。其实现步骤为(1)放置可闻声波发生器，并发射多频可闻声波；(2)在不同距离处多次采集声波信号，并做FFT变换，获得不同距离处的多频声波幅度和，再利用matlab得到声波信道模型；(3)声波采集设备采集声波信号，并做FFT变换，得到多频幅度之和；(4)根据多频幅度之和与声波信道模型得到测距值；(6)重复步骤(3)和(4)，得到多个测距值，去掉异常测距值，对其余值取平均得到最终测距值。本发明减小了测距偶然误差，提高了测距稳定性，可用于设备之间短距离测距。

主权项

基于多频可闻声波幅度求和的测距方法，其特征在于：包括两个阶段：1)声波信道建模阶段：1a)将可闻声波发生器放置在某一固定的位置，并打开声波发生器的开关，使其发出有m个频率成分叠加的可闻声波，其中各个频率成分表示为f1,f2,...,fi,...,fm，fi为第i个频率成分，i为1到m之间的正整数；1b)选取距声波发生器的n个不同距离d1,d2,...,dj,...,dn，j为1到n之间的正整数；求出第j个距离dj处接收到的多频幅度和的平均值：1b1)用声波采集设备在距声波发生器dj处对声波信号进行采样，采样L次，每次采样点数为N，采样率为Fs；1b2)对每次采样得到的数据做N点快速傅里叶变换FFT，计算各个频率成分的幅度a1,a2,...,ai,...,am，求各个频率成分的幅度之和：其中ai为第i个频率fi对应的幅度；1b3)对L次采样得到的L个幅度之和做平均，得到声波采集设备在距声波发生器dj处时的幅度和的平均值Aj；1c)重复步骤1b1)到1b3)，获得声波采集设备在距声波发生器所有不同距离d1,d2,...,dj,...,dn处的幅度和的平均值A1,A2,...,Aj,...,An，其中j为1到n之间的正整数；1d)以声波采集设备距声波发生器的距离d1,d2,...,dj,...,dn作为自变量，幅度和的平均值A1,A2,...,Aj,...,An作为因变量，利用matlab曲线拟合工具箱得到自变量和因变量的拟合关系式，即声波信道模型：A＝p·djq+b其中A为拟合关系式中的因变量，代表接收信号不同频率的幅度和，dj为拟合关系式中的自变量，代表声波采集设备距声波发生器的距离，p为拟合得到的系数，q为拟合得到的声波衰减指数，b为拟合得到的偏移量；2)测距阶段：2a)声波采集设备以采样率Fs'采集M次接收声波数据，每次采样点数为N；2b)对第k次采集的数据做N点FFT变换，k为1到M之间的正整数，计算各个频率成分f1,f2,...,fi,...,fm所对应的幅度的和a'；2c)由步骤1d)得到的拟合曲线计算出可闻声波发生器和采集设备之间的距离，即测距值：2d)重复步骤2c)，获得所有M次采集得到的测距值d1',d'2,...,d'k,...,d'M；2e)去掉异常测距值：2e1)求出M个测距值的均值其中d'k为第k个测距值；2e2)计算每个测距值与均值之差的绝对值，最大绝对值对应的测距值为异常测距值，将这个异常测距值从这M个测距值中去除；2f)对剩下的测距值取平均得到最终测距结果d'。