CN103185883A - 主测距装置、被测距装置、测距系统以及测距方法 - Google Patents

主测距装置、被测距装置、测距系统以及测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主测距装置、被测距装置、测距系统以及测距方法，采用相位处理的方式，减少了后端处理模块的个数，从而减少测量误差引入的概率，在一定程度上保证最终测量结果的精度。同时本发明还通过增加第二反馈信号，使得被测距装置可以得知其与主测距装置之间的距离。

Description

主测距装置、被测距装置、测距系统以及测距方法
技术领域
本发明涉及短距离定位技术领域，具体涉及无线电磁波测距技术领域。
背景技术
定位技术在现在的日常生活中越来越多的被引入。比如现在的很多手机上面都集成了GPS定位功能。而短距离的定位技术却不是很多。超声波定位是其中一种方法，但是这种定位方法受到的外部环境的限制很大，不能穿过障碍物实现定位，而且受温湿度影响较大，并且只能在较短距离范围(几米-几十米)之内。而无线电磁波测距定位是一种不错的方法，它可以穿越障碍物，并且受环境影响也较小，传输范围比较广。
要实现定位，首先必须要测距，然后根据各个固定节点之间的空间几何关系，计算出被测设备的空间位置。在现有技术中，其采用电磁波测距实现的原理是：固定节点生成第一调制信号A0，与载波B0调制，生成第一查询信号C0，并发射出去；定位终端接收查询信号并将其载波频率搬移至B1，生成反馈信号C1，并发射出去；固定节点接收到反馈信号，并解调出反馈调制信号A1，通过比较A0和A1得到其差值信号，然后对该差值信号进行包络检波，得到差值信号的峰值dmax，根据dmax计算出查询信号在固定节点和定位终端之间传输时间Δt，从而计算出固定节点和定位终端的距离。
这种方法主要有以下两点缺陷：
1、其后端处理过于复杂。在比较第一调制信号A0和反馈调制信号A1后，还要进行包络检波和获得差值信号峰值，这样使得引入的误差增大，影响测量精度。
2、该方法测量距离的结果只有固定节点知道，而定位终端无法得知。
发明内容
本发明解决的技术问题是提出了一种主测距装置、被测距装置、测距系统以及测距方法，实现了基于相位处理技术的测距。
本发明提出了一种主测距装置，包括：主发射模块、主接收模块、主第一调制信号生成器、主调制解调模块、主鉴相器和主数据处理模块；所述主第一调制信号生成器用于将生成的第一调制信号通过所述主调制解调模块调制后生成第一查询信号，并由所述主发射模块发射出去；所述主接收模块用于接收被测距装置发送的第一反馈信号，并将该信号通过所述主调制解调模块解调出第三调制信号；所述主鉴相器用于接收所述第三调制信号和第一调制信号，并确定所述第三调制信号和第一调制信号的相位差；所述主数据处理模块用于根据所述相位差得到所述主测距装置与所述被测距装置之间的距离。
进一步的，所述主调制解调模块还用于对所述第三调制信号进行调制，生成第二反馈信号，并通过所述主发射模块发射出去。
本发明还提出了一种被测距装置，包括：被发射模块、被接收模块、被调制解调模块；所述被接收模块用于接收主测距装置发出的第一查询信号，并将其通过所述被调制解调模块解调出第二调制信号；所述被调制解调模块还用于根据所述第二调制信号进行调制，生成第一反馈信号，并通过所述被发射模块发射出去。
进一步的，所述被测距装置还包括被鉴相器和被数据处理模块；所述被接收模块还用于接收主测距装置发出的第二反馈信号，并将该信号通过所述被调制解调模块解调出第四调制信号；所述被鉴相器用于接收第四调制信号和第二调制信号，并确定所述第四调制信号和第二调制信号的相位差；所述被数据处理模块用于根据所述相位差得到所述被测距装置与主测距装置之间的距离。
进一步的，所述被测距装置还包括被第一调制信号生成器，所述被第一调制信号生成器用于将生成的第一调制信号通过所述被调制解调模块调制后生成第一查询信号，并由所述被发射模块发射出去。
本发明又提出了一种测距系统，包括上述的主测距装置和上述的被测距装置；所述主测距装置与所述被测距装置进行信号交互。
本发明还提出了一种测距方法，包括以下处理过程：主测距装置生成频率为f0、相位为ф0的第一调制信号X0，与频率为f1的载波Y0调制，生成第一查询信号Z0，并发射出去；被测距装置接收所述第一查询信号，并解调出频率为f0、相位为ф1的第二调制信号X1，与频率为f2的载波Y1调制，生成反馈信号Z1，并发射出去；主测距装置接收所述反馈信号，并解调出频率为f0、相位为ф2的第三调制信号X2；通过比较第三调制信号X2和第一调制信号X0，获得第三调制信号X2和第一调制信号X0的相位差Δфa，并按以下公式换算出主测距装置和被测距装置之间的距离S：
Figure BDA0000128160090000031
c为光速。
进一步的，所述主测距装置接收第一反馈信号，并解调出频率位f0、相位为ф2的第三调制信号X2之后，还包括以下处理步骤：将第三调制信号X2与频率为f 3的载波Y2调制，生成第二反馈信号Z2，并发射出去；被测距装置接收所述第二反馈信号，并解调出频率为f0、相位为ф3的第四调制信号X3；通过比较第四调制信号X3和第二调制信号X1，获得第四调制信号X3和第二调制信号X1的相位差Δфb，并按以下公式换算出被测距装置和主测距装置之间的距离S：
Figure BDA0000128160090000032
c为光速。
相对于现有技术，本发明由于采用了更好的相位处理方法，减少了后端处理模块的个数，从而减少测量误差引入的概率，在一定程度上保证最终测量结果的精度。同时本发明还通过增加第二反馈信号，使得被测距装置可以得知其与主测距装置之间的距离。
附图说明
图1为本发明一种实施方式提出的测距系统结构图；
图2为本发明一种实施方式提出的测距方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，并通过具体实施例对本发明的实现进行详细说明。
如图1所示，本发明一种实施方式提出的测距系统，包括主测距装置1和被测距装置2。本实施方式中主测距装置1内设有：主发射模块13、主接收模块14、主第一调制信号生成器11、主调制解调模块12、主鉴相器15和主数据处理模块16。被测距装置2内同样设有：被发射模块23、被接收模块24、被第一调制信号生成器21、被调制解调模块22、被鉴相器25和被数据处理模块26。其中如果被测距装置2不实现测距功能，则被鉴相器25和被数据处理模块26为被测距装置2的非必要组成部分。被第一调制信号生成器21是当被测距装置2被设置为针对某个被测距装置的主测距装置时的必要组成部分。
在进行主测距装置1的测距处理时，主测距装置1的主第一调制信号生成器11将生成的第一调制信号X0通过主调制解调模块12调制后生成第一查询信号Z0，并由主发射模块13发射出去。被测距装置2的被接收模块24接收主测距装置1发出的第一查询信号Z0，并将其通过被调制解调模块22解调出第二调制信号X1；被调制解调模块22还根据解调出的第二调制信号X1进行调制，生成第一反馈信号Z1，并通过被发射模块23发射出去。主测距装置1的主接收模块14将接收到被测距装置2的第一反馈信号Z1通过主调制解调模块12解调出第三调制信号X2，第一、三调制信号X0、X2都通过主调制解调模块12输入主鉴相器15，主鉴相器15分析第三调制信号X2与第一调制信号X0的相位差Δфa，主数据处理模块16根据相位差Δфa计算主测距装置1与所述被测距装置2之间的距离。
在进行被测距装置2的测距处理时，主测距装置1的主调制解调模块12还需要对第三调制信号X2进行调制，生成第二反馈信号Z2，并通过主发射模块13发射出去。被测距装置2的被接收模块24将接收的主测距装置1发出的第二反馈信号Z2，并将其通过被调制解调模块22解调出所述第二反馈信号Z2中包含的第四调制信号X3，第二、四调制信号X1、X3都通过被调制解调模块22输入被鉴相器25，被鉴相器25分析第四调制信号X3与第二调制信号X1的相位差Δфb，被数据处理模块26根据相位差Δфb计算主测距装置1与所述被测距装置2之间的距离。
如图2所示，本发明一种实施方式提出的测距方法流程，包括以下处理步骤：
S1：主测设备生成第一调制信号X0(频率为f0，相位为ф0)，与载波Y0(频率为f1)调制，生成第一查询信号Z0，并发射出去；
S2：被测设备接收第一查询信号，并解调出第二调制信号X1(频率为f0，相位为ф1)，与载波Y1(频率为f2)调制，生成第一反馈信号Z1，并发射出去；
S3：主测设备接收第一反馈信号，并解调出第三调制信号X2(频率为f0，相位为ф2)，与载波Y2(频率为f3)调制，生成第二反馈信号Z2，并发射出去；通过比较第三调制信号X2和第一调制信号X0，可以获得第三调制信号X2和第一调制信号X0的相位差Δфa，即Δфa＝ф2-ф0，从而可以换算出主测设备和被测设备之间的距离其中c为光速，是物理常量，值为299792458m/s。
S4：被测设备接收第二反馈信号，并解调出第四调制信号X3(频率为f0，相位为ф3)；通过比较第四调制信号X3和第二调制信号X1，可以获得第四调制信号X3和第二调制信号X1的相位差Δфb，Δфb＝ф3-ф1，从而可以换算出被测设备和主测设备之间的距离
Figure BDA0000128160090000052
其中c为光速，是物理常量，值为299792458m/s。
以上所述实施例，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种主测距装置，包括：主发射模块、主接收模块、主第一调制信号生成器、主调制解调模块、主鉴相器和主数据处理模块；所述主第一调制信号生成器用于将生成的第一调制信号通过所述主调制解调模块调制后生成第一查询信号，并由所述主发射模块发射出去；所述主接收模块用于接收被测距装置发送的第一反馈信号，并将该信号通过所述主调制解调模块解调出第三调制信号；所述主鉴相器用于接收所述第三调制信号和第一调制信号，并确定所述第三调制信号和第一调制信号的相位差；所述主数据处理模块用于根据所述相位差得到所述主测距装置与所述被测距装置之间的距离。
2.根据权利要求1所述的主测距装置，其特征在于，所述主调制解调模块还用于对所述第三调制信号进行调制，生成第二反馈信号，并通过所述主发射模块发射出去。
3.一种被测距装置，包括：被发射模块、被接收模块、被调制解调模块；所述被接收模块用于接收主测距装置发出的第一查询信号，并将其通过所述被调制解调模块解调出第二调制信号；所述被调制解调模块还用于根据所述第二调制信号进行调制，生成第一反馈信号，并通过所述被发射模块发射出去。
4.根据权利要求3所述的被测距装置，其特征在于，所述被测距装置还包括被鉴相器和被数据处理模块；所述被接收模块还用于接收主测距装置发出的第二反馈信号，并将该信号通过所述被调制解调模块解调出第四调制信号；所述被鉴相器用于接收第四调制信号和第二调制信号，并确定所述第四调制信号和第二调制信号的相位差；所述被数据处理模块用于根据所述相位差得到所述被测距装置与主测距装置之间的距离。
5.根据权利要求3或4所述的被测距装置，其特征在于，所述被测距装置还包括被第一调制信号生成器，所述被第一调制信号生成器用于将生成的第一调制信号通过所述被调制解调模块调制后生成第一查询信号，并由所述被发射模块发射出去。
6.一种测距系统，包括权利要求1或2所述的主测距装置和权利要求3-5任一项所述的被测距装置；所述主测距装置与所述被测距装置进行信号交互。
7.一种测距方法，包括以下处理过程：
主测距装置生成频率为f0、相位为ф0的第一调制信号X0，与频率为f1的第一载波Y0调制，生成第一查询信号Z0，并发射出去；
被测距装置接收所述第一查询信号，并解调出频率为f0、相位为ф1的第二调制信号X1，与频率为f2的载波Y1调制，生成第一反馈信号Z1，并发射出去；
主测距装置接收所述第一反馈信号，并解调出频率为f0、相位为ф2的第三调制信号X2；通过比较第三调制信号X2和第一调制信号X0，获得第三调制信号X2和第一调制信号X0的相位差Δфa，并按以下公式换算出主测距装置和被测距装置之间的距离S：c为光速。
8.根据权利要求7所述的测距方法，其特征在于，所述主测距装置接收第一反馈信号，并解调出频率位f0、相位为ф2的第三调制信号X2之后，还包括以下处理步骤：将第三调制信号X2与频率为f3的载波Y2调制，生成第二反馈信号Z2，并发射出去；被测距装置接收所述第二反馈信号，并解调出频率为f0、相位为ф3的第四调制信号X3；通过比较第四调制信号X3和第二调制信号X1，获得第四调制信号X3和第二调制信号X1的相位差Δфb，并按以下公式换算出被测距装置和主测距装置之间的距离S：
Figure FDA0000128160080000022
c为光速。
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