CN105116406B - 一种复合测距仪及其测距方法 - Google Patents

Abstract

一种复合测距仪及其测距方法，其中复合测距仪包括主测模块和固定位置的信标模块；信标模块包括：第一无线收发模块、超声波发射模块和第一智能处理模块；主测模块包括：第二无线收发模块，用于以无线的方式与信标模块联络，收发指令和收发同步信号，并接收安排超声波信号接收时序的无线信号；超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的超声波信号；第二智能处理模块，用于处理接收的指令、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。本发明还包括另外一种复合测距仪以及复合测距仪的两种测距方法。本发明滤除了环境中的声波干扰，提高了测距可靠性和测量精度。

Description

一种复合测距仪及其测距方法

技术领域

本发明涉及定位导航技术领域，特别是一种复合测距仪及其测距方法。

背景技术

距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，测距成为数据采集中要解决的一个问题。目前常见的测距方法有：激光测距、雷达测距和超声波测距等。其中，激光测距是利用激光对目标的距离进行测定。激光测距在工作时向目标发射出一束细激光，然后光电元件接收目标反射的激光束，控制电路中的计数器测定从发射到接收的时间，从而计算观测者到目标的距离。雷达测距与激光测距相近，其优点是测距量程大，但是功耗大、价格高，使用场合受局限。

几种测距方法中，超声波的速度相对光速小的多，易于仿真模拟。超声波是频率超过20KHZ的机械波，它同样具有声波传输的基本物理特性——反射、折射、干涉等，超声波在不同媒介面超声波的大部分能量会反射。超声波测距是一种利用超声波特性、电子技术、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。且超声波传感器费用低，易于小型化和集成化，作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。

现有的超声波测距大多采用反射式测距法，优点是简单，但是定位精度差，通常只能判断物体的有无及大致的距离，但不适用于准确定位，精度及可靠性都很低。现有的超声波测距也有很少量采用直射式测距法，但超声波信号检测方法大多采用阈值判断法，这种方法的缺点是抗干扰能力差，当声源距离接收传感器较远时，接收到的超声波信号会有较大的衰减，达不到设定的阈值，进而导致检测不出来的现象。另外超声波受多径效应和非视距传播影响问题都未得到解决，使得其应用范围变的很窄。

上述问题一直以来是制约着超声波用于定位的主要问题，使得超声波定位方式没有能在比较大的范围得到应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种测距精度高的复合测距仪及其测距方法。

本发明一种复合测距仪的技术方案有两种，具体如下：

第一种，一种复合测距仪，包括主测模块和固定位置的信标模块；

所述信标模块包括：

第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，获取指令和发射同步信号；

超声波发射模块，用于发出已编址的超声波信号；

第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排；

所述主测模块包括：

第二无线收发模块，用于以无线的方式与信标模块联络，收发指令、接收同步信号，以及接收超声波信号的时序安排；

超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号；

第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器；

所述阵列处理模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字信号；

所述中央处理器用于处理接收的指令、模块各部分的逻辑关系、做出同步时序安排、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。

进一步，所述阵列处理模块包括前置放大模块和A/D转换模块；

所述前置放大模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定；

所述A/D转换模块用于将检测时间段内的超声波模拟信号连续转换成数字信号并存储；通过中央处理器扫描采集到的超声波信号幅度，处理该组超声波数据；根据接收到的超

声波脉冲群的平均幅值，来计算用于判断的阈值；达到判断阈值的点则认为当前测试的超声波信号到达起始点，否则认为是噪声信号。

进一步，所述第一无线收发模块和第二无线收发模块为WIFI模块、ZigBee通讯模块、蓝牙通信模块或其他串口无线通信模块。

进一步，所述超声波收发阵列为具有至少四个超声波感应元的集成阵列，或由至少四个独立的超声波传感器分散而成的阵列；所述前置放大模块和A/D转换模块的通道数量与超声波感应元的数量相对应。超声波收发阵列的形状可以是弧形、直线形、环形、方形、椭圆形等等。

第二种，一种复合测距仪，包括主测模块、定位系统平台和固定位置的信标模块；

所述定位系统平台包括：

无线通讯模块，用于以无线的方式与主测模块和/或信标模块联络，收发指令并发出同步信号；

所述信标模块包括：

第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，收发指令和发射同步信号；

超声波发射模块，用于发出已编码的超声波信号；

第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排；

所述主测模块包括：

第二无线收发模块，用于以无线的方式与定位系统平台或信标模块联络，收发指令和同步信号，以及接收对待接收的超声波信号做出的时序安排；

超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号；

第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器；

所述阵列处理模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱进行自动增益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字信号；

所述中央处理器用于处理接收的指令、识别编码、做出同步时序安排、储存和分析接收到的超声波数据信息。

一种根据上述第一种所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）由主测模块发起建立无线信号请求，呼唤需要的信标模块，被呼唤到的信标模块发送无线信号回应，主测模块收到回应后完成无线握手；

（2）主测模块再次发射无线信号启动测距命令，信标模块收到命令后，先发射无线起始同步信号，再发射已编址的超声波信号；

（3）主测模块在收到信标模块发射的无线起始同步信号时开启数据采集时间窗口T，实时采集数据并存储，处理计算接收到的超声波信号数据段，识别其编码，若接收到多组相同编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算找到最先到达的此组超声波编码信号的起头时间T’；

（4）计算得到超声波接收阵列与该信标模块发射源之间的距离d为d= T’×c，其中，c为超声波信号在常温下的传播速度。

进一步，步骤（3）中，所述实时采集数据包括：将在T时刻内接收的超声波信号根据其信号的强弱自动进行增益控制，输出稳定的超声波幅值动态范围；再将该超声波模拟信号转换为数字信号并存储。

进一步，步骤（3）中，所述处理计算接收到的超声波信号数据段包括：处理转换后的超声波数字信号，计算得到判断阈值，若采集到的超声波信号的幅值达到判断阈值则认为当前信号为超声波信号，否则认为是噪声信号。

进一步，步骤（3）中，所述最先到达的一组超声波编码信号为发射的超声波信号直线到达超声波接收阵列的信号；其余后面到达的视为杂波，包括多径效应、非视距传播和超声波反射产生的信号。

进一步，续接所述步骤（4），进一步包括步骤（5）：检测超声波接收阵列的不同超声波感应元接收到的超声波的编码是否相同，若不相同则放弃，若相同则甄选出该编码的信标模块发射的超声波信号到达超声波感应元时间最短的两路信号，并结合相对应的两个超声波感应元的固定位置和固定角度，计算得出超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离以及该信标模块与超声波接收阵列理论中心的右旋角；所述超声波接收阵列理论中心是指超声波接收阵列的几何中心点；右旋角是指该信标模块与超声波接收阵列理论中心之间的距离直线沿超声波接收阵列理论中心的中轴线向右旋转所呈的夹角。

进一步，所述超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离由如下公式获得，

式中，d ₁、d ₂为接收同一编码超声波的两个超声波感应元与信标模块的直线距离，由步骤（4）计算得出，且d ₂＜d ₁，R为超声波感应元与超声波接收阵列理论中心的直线距离，s为两个超声波感应元之间的直线距离，a为直线d ₁与直线s之间的夹角，b为与d ₁相对应的超声波感应元到超声波接收阵列理论中心的直线R与直线s之间的夹角，其中，角度b和直线s均为超声波接收阵列的固定尺寸。

进一步，所述信标模块与超声波接收阵列理论中心的右旋角由如下公式获得，

式中，为与d ₂相对应的超声波感应元的右旋角，右旋角为超声波接收阵列的固定尺寸。

一种根据上述第二种所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）由主测模块发起建立无线联络信号请求，向定位系统平台申请定位信号，再由定位系统平台发射无线电信号呼唤需要的信标模块；定位系统平台与需要的信标模块联络成功后，

定位系统平台向信标模块发射启动测距无线信号，收到启动测距无线信号的信标模块，立即向主测模块发射无线同步信号，使信标模块和主测模块配合同步测试；

（2）由信标模块向主测模块发射已编码的超声波信号，同时收到同步信号的主测模块开启数据采集时间窗口T，实时采集数据并存储，处理计算接收到的超声波信号数据段，识别其编码，若接收到多组相同编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算找到最先到达的此组超声波编码信号的起头时间T’；

（3）计算得到超声波接收阵列与该信标模块之间的距离d为d= T’×c，其中，c为超声波信号在常温下的传播速度。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

（1）将接收到的超声波信号根据其信号的强弱自动进行增益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字信号；计算出判断阈值，根据判断阈值判断当前信号为超声波信号还是噪声信号，从而实现超声波检测，解决了超声波信号在传输过程中的衰减问题；

（2）利用超声波阵列中超声波感应元之间的相位差和信号强度，分辨不同途径的超声波，只取直线到达的超声波，这样可解决多径效应和非视距传播问题，滤除环境声波的干扰，大大提高测距精度和可靠性；

（3）使用编码超声波方式可便于确定接收的超声波是否是需要的信标模块发送的，同时通过与发射源的理论编码比对，可精确确定超声波的起始点和发射角度，提高测距的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1超声波接收阵列所接收的超声波方向与超声波接受阵列理论中心在同一条直线上的结构示意图；

图3为本发明实施例1超声波接收阵列所接收的超声波方向与超声波接受阵列理论中心不在同一条直线上的结构示意图；

图4为本发明实施例1超声波接收阵列理论中心与超声波发射源之间的角度示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

实施例1

一种复合测距仪，包括主测模块和信标模块，主测模块可安装在一个移动体上（如机器人，智能车等），用于获取该移动体的距离；信标模块的位置必须是固定的，从而获得固定位置坐标，其可以安装于墙上或者其它固定物体上（放置的位置没有具体要求），以达到检测主测模块位置的目的。主测模块1与信标模块之间采用双工模式联络。

其中，信标模块包括第一智能处理模块以及分别与第一智能处理模块连接的第一无线收发模块:和超声波发射模块。

第一无线收发模块用于以无线的方式与主测模块联络，收发指令和同步信号；第一无线收发模块可以采用符合多种无线通信协议的网络模块、例如WIFI模块、ZigBee模块、蓝牙通信模块等无线通讯模块。第一无线收发模块采用无线串口通信模块。

超声波发射模块，用于发出已编址的超声波信号；由于信标模块都赋予唯一编码，以便于主测模块通过识别编码来判断接收的超声波是否是需要的信标模块发送的。

第一智能处理模块用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排。

其中，主测模块包括第二智能处理模块以及分别与第二智能处理模块连接的第二无线收发模块和超声波接收阵列。

第二无线收发模块用于以无线的方式与所需的信标模块联络，收发指令和同步信号，并接收超声波信号的时序；第二无线收发模块采用无线串口通信模块。

超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号；超声波收发阵列为具有多个超声波感应元的集成环阵列，全部集成于一块电路板上，且位置关系固定，便于计算，简化程序。该阵列不仅可测试超声波到达时间，还可测试超声波发射源的角度。另外还可通过与发射源的理论编码的比对，可确认该超声波编码是否为需要的信标模块发送，还可精确确定超声波的起始点，以可以解决环境声波的干扰问题。

第二智能处理模块，用于处理接收的指令、模块各部分的逻辑关系、做出同步时序安排、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。第二智能处理模块包括超声波阵列处理模块和中央处理器，超声波阵列处理模块包括前置放大模块和A/D转换模块，超声波接收阵列连接前置放大模块的输入端，前置放大模块的输出端连接A/D转换模块的模拟输入端，A/D转换模块的数字输出端连接中央处理器；中央处理器还与第二无线收发模块连接。

本实施例的前置放大模块采用了带AGC功能的放大器，AGC为自动增益控制。当超声波接收阵列接收到的信号较弱时，AGC放大器会自动增加信号放大倍数，将弱信号幅度增强。当超声波接收阵列接收到的信号较强时，AGC放大器会自动降低信号放大倍数，以实现无论信号较强还是较弱，前置放大模块的输出信号都保持相对稳定。

A/D转换模块用于将检测时间段内的超声波模拟信号连续转换成数字信号（需要的超声波信号未到达时，超声波幅值接近零，到达时超声波幅值将在设计范围内），并存入RAM，成为一数据组；通过中央处理器扫描采集到的超声波信号幅度，并处理该组超声波数据；根据接收到的超声波脉冲群的平均幅值，来计算判断阈值。本实施例将转换后的超声波数字信号的多个最高峰值超声波信号，取其平均值，再以该平均值的合适比例的值做为判断阀值。

扫描采集到的超声波信号幅度，达到判断阈值的点则认为当前测试的超声波信号到达起始点，否则认为是噪声信号。从而实现超声波检测，解决了超声波信号在传输过程中的衰减问题。

如图1所示：复合测距仪的测距方法包括以下步骤：

（1）由主测模块1发起建立无线联络信号请求，呼唤需要的信标模块2，被呼唤到的信标模块2发送无线信号回应，主测模块1收到回应后完成无线握手；

（2）主测模块1再次发射无线信号启动测距命令，信标模块2收到命令后，先发射无线同步信号，再发射已编址的超声波信号；

（3）主测模块1在收到信标模块2发射的无线同步信号时启动数据采集时间窗口T₁，开始连续采集数据，开启数据采集窗口的那一刻标记为采集时间零点，在时间窗口内采集的数据全部存入RAM。在时间窗口关闭后，主测模块1将立即处理RAM中的数据，找到超声波接收阵列4接收到的超声波信号数据段，再对该数据段的超声波信号进行处理计算，识别其编码，若接收到多组相同编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算找到最先到达的此组超声波编码信号的起头时间T₁’；其中，获取最先到达的一组超声波编码信号是指最先到达某个超声波感应元31或某几个超声波感应元31上的超声波信号，且一定是直线到达。例如：图1中的超声波路径1#和超声波路径2#是信标模块2发射的同一束超声波，超声波路径1#和超声波路径2#分别为最先到达超声波感应元A和超声波感应元B的超声波信号，即，超声波路径1#和超声波路径2#为最先到达的一组超声波信号，且都是直线发射；其余杂波包括多径效应、非视距传播和超声波反射产生的信号，剔除这些杂波可解决环境声波的干扰问题。

从时间窗口T₁内选取出最先到达的此组超声波编码信号的时间T₁’，是由中央处理器判断哪组超声波编码信号先到，例如：当T₁=1s时，接收到5000个超声波脉冲信号，而中央处理器判断出最先到达超声波感应元41的超声波脉冲信号为前2500个超声波脉冲信号，此时计时0.5s，则T₁’ =0.5s。

同一束超声波信号在各超声波感应元感应到的强度，主要是由超声波源与超声波感应元的灵敏度中轴的夹角决定（中轴线是灵敏度最高的角度）。夹角越小信号越强，夹角越大信号越弱；同时夹角越小的超声波路径越短，夹角越大的超声波路径越长。如超声波感应元A感应到的信号强度大于超声波感应元B感应到的信号强度。而超声波感应元感应到的信号强度通过上述的AGC放大器调节实现，因此即使距离远，也能够实现超声波信号的检测；

（4）计算得到超声波接收阵列3与该信标模块2发射源之间的距离d为d= T₁’×c，其中，c为超声波信号在常温下的传播速度；

（5）检测超声波接收阵列3的不同超声波感应元31接收到的超声波的编码是否相同，若不相同则放弃，若相同则甄选出该编码的信标模块2发射的超声波信号到达超声波感应元31时间最短的两路信号，并结合相对应的两个超声波感应元31的固定位置和固定角度，计算得出超声波接收阵列理论中心与信标模块2的距离以及该信标模块2与超声波接收阵列理论中心的右旋角；超声波接收阵列理论中心是指超声波接收阵列3的中心点；右旋角是指该信标模块2与超声波接收阵列理论中心之间的距离直线沿超声波接收阵列理论中心的中轴线向右旋转所呈的夹角。

为方便描述，本实施例以由超声波接收阵列3所接收的超声波方向与超声波接受阵列理论中心在同一条直线上为例进行具体说明。参照图2所示：超声波接收阵列包括16个超声波感应元r0-r15，当主测模块呼唤需要的信标模块，该信标模块发射超声波，被超声波接收阵列中的r1-r5这五个超声波感应元接收，其中d₁-d₅为五个超声波感应元r1-r5分别与信标模块的超声波发射源的距离，d₁-d₅由上述复合测距仪的测距方法计算得出，O为超声波接收阵列理论中心，R为圆周分布的16个超声波感应元与超声波接收阵列理论中心的距离，L为超声波发射源与超声波接收阵列理论中心的距离。

其中，在d₁-d₅中，d₂=d₄，d₃最小，d₃的延长线直接通过超声波接收阵列理论中心O点，d₃的右旋角为α，此时超声波接收阵列的理论中心与超声波发射源的角度为α，则计算得出L= d₃+R。

为便于理解，本实施例还以由超声波接收阵列所接收的超声波方向与超声波接受阵列理论中心不在同一条直线上为例进行具体说明。参照图3和图4所示：超声波接收阵列包括16个超声波感应元r0-r15, 当主测模块呼唤需要的信标模块，该信标模块发射超声波，被超声波接收阵列中的r0-r4这五个超声波感应元接收，其中z₀-z₄为r0-r4分别与超声波发射源的距离，z₀-z₄由上述复合测距仪的测距方法计算得出，O为超声波接收阵列理论中心，R为圆周分布的16个超声波感应元与超声波接收阵列理论中心的距离，L为超声波发射源与超声波接收阵列理论中心的距离，角度b和长度s为超声波接收阵列的固定尺寸。

其中，在z₀-z₄中，z₃最小，z₂次小，r₃的右旋角为α，角度为直线z₂与长度s之间的夹角，超声波接收阵列理论中心到超声波发射源的的距离L与最近的超声波感应元r₃的角度偏移为β，此时超声波接收阵列理论中心与超声波发射源的角度为γ，计算得出：

本实施例利用超声波阵列中各超声波感应元的相位差和信号强度差，分辨不同途径的超声波，只取直线到达的超声波，这样可解决多径效应和非视距传播问题，滤除环境声波的干扰，大大提高测距精度和可靠性。

实施例2

一种复合测距仪，包括主测模块、定位系统平台和固定位置的信标模块；

所述定位系统平台包括：

无线通讯模块，用于以无线的方式与主测模块和/或信标模块联络，收发指令并发出同步信号；

所述信标模块包括：

第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，收发指令和发射同步信号；

超声波发射模块，用于发出已编码的超声波信号；

第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，并做出同步时序安排；

所述主测模块包括：

第二无线收发模块，用于以无线的方式与定位系统平台或信标模块联络，收发指令和同步信号，并接收超声波信号的时序安排；

超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号；

第二智能处理模块，用于处理接收的指令、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息；所述第二智能处理模块包括前置放大模块、A/D转换模块和中央处理器；

所述前置放大模块用于将接收到的超声波信号根据其信号的强弱自动进行增益控制，输出稳定的超声波幅值动态范围；

所述A/D转换模块用于将超声波模拟信号转换成数字信号；

所述中央处理器用于处理转换后的超声波数字信号，计算得到判断阈值，若采集到的超声波信号达到判断阈值则认为当前信号为超声波信号，否则认为是噪声信号。

复合测距仪的测距方法包括以下步骤：

（1）由主测模块发起建立无线联络信号请求，向定位系统平台申请定位信号，再由定位系统平台发射无线电信号呼唤需要的信标模块；定位系统平台与需要的信标模块联络成功后，

定位系统平台向信标模块发射启动测距无线信号，收到启动测距无线信号的信标模块，立即向主测模块发射无线同步信号，使信标模块和主测模块配合同步测试；

（2）由信标模块向主测模块发射已编码的超声波信号，同时收到同步信号的主测模块启动数据采集时间窗口T，开始连续采集数据，开启数据采集窗口的那一刻标记为采集时间零点，在时间窗口内采集的数据全部存入RAM；在时间窗口关闭后，主测模块将立即处理RAM中的数据，找到超声波接收阵列接收到的超声波信号数据段，再对该数据段的超声波信号进行处理计算，识别其编码，若接收到多组相同编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算找到最先到达的此组超声波编码信号的起头时间T’；

（3）计算得到超声波接收阵列与该信标模块之间的距离d为d= T’×c，其中，c为超声波信号在常温下的传播速度。

本实施例与实施例1的区别在于主测模块与信标模块的无线同步方式不同，其它同实施例1。

带定位系统平台的测试方式用于有多个移动体（如多台机器人）的环境，以利于各机器人运行过程中的协调。

Claims (9)

1.一种复合测距仪的测距方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)由主测模块发起建立无线信号请求，呼唤需要的信标模块，被呼唤到的信标模块发送无线信号回应，主测模块收到回应后完成无线握手；

(2)主测模块再次发射无线信号启动测距命令，信标模块收到命令后，先发射无线起始同步信号，再发射已编址的超声波信号；

(3)主测模块在收到信标模块发射的无线起始同步信号时开启数据采集时间窗口T，实时采集数据并存储，处理计算接收到的超声波信号数据段，识别其编码，若接收到多组相同编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算找到最先到达的此组超声波编码信号的起头时间T’；

(4)计算得到超声波接收阵列与该信标模块发射源之间的距离d为d＝T’×c，其中，c为超声波信号在常温下的传播速度；

(5)检测超声波接收阵列的不同超声波感应元所接收到的超声波的编码是否相同，若不相同则放弃，若相同则甄选出该编码的信标模块发射的超声波信号到达超声波感应元时间最短的两路信号，并结合相对应的两个超声波感应元的固定位置和固定角度，计算得出超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离以及该信标模块与超声波接收阵列理论中心的右旋角γ；所述超声波接收阵列理论中心是指超声波接收阵列的几何中心点；右旋角γ是指该信标模块与超声波接收阵列理论中心之间的距离直线沿超声波接收阵列理论中心的中轴线向右旋转所呈的夹角。

2.根据权利要求1所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：步骤(3)中，所述实时采集数据包括：将在T时刻内接收的超声波信号根据其信号的强弱自动进行增益控制，输出稳定的超声波幅值动态范围；再将该超声波模拟信号转换为数字信号并存储；所述处理计算接收到的超声波信号数据段包括：处理转换后的超声波数字信号，计算得到判断阈值，若采集到的超声波信号的幅值达到判断阈值则认为当前信号为超声波信号，否则认为是噪声信号。

3.根据权利要求1或2所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：所述超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离L由如下公式获得，

式中，d₁、d₂为接收同一编码超声波的两个超声波感应元与信标模块的直线距离，由步骤(4)计算得出，且d₂＜d₁，R为超声波感应元与超声波接收阵列理论中心的直线距离，s为两个超声波感应元之间的直线距离，a为直线d₁与直线s之间的夹角，b为与d₁相对应的超声波感应元到超声波接收阵列理论中心的直线R与直线s之间的夹角，其中，角度b和直线s均为超声波接收阵列的固定尺寸。

4.根据权利要求3所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：所述信标模块与超声波接收阵列理论中心的右旋角γ由如下公式获得，

式中，α为与d₂相对应的超声波感应元的右旋角，右旋角α为超声波接收阵列的固定尺寸。

5.根据权利要求1或2所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：所述复合测距仪包括主测模块和固定位置的信标模块；

所述信标模块包括：

第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，收发指令和发射同步信号；

超声波发射模块，用于发出已编码的超声波信号；

第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，处理同步时序安排；

所述主测模块包括：

第二无线收发模块，用于以无线的方式与信标模块联络，收发指令、收发同步信号，以及接收对待接收的超声波信号做出的时序安排；

超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号；

第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器；

所述阵列处理模块用于将接收到的超声波信号模拟信号，根据其信号的强弱进行自动增益调节，使接收来的模拟量的超声波信号的输出幅度保持在一定范围内，再转换成数字信号；

所述中央处理器用于处理接收的指令、模块各部分的逻辑关系、做出同步时序安排、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。

6.根据权利要求5所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：所述阵列处理模块包括前置放大模块和A/D转换模块；

所述前置放大模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定；

所述A/D转换模块用于将检测时间段内的超声波模拟信号连续转换成数字信号并存储；通过中央处理器扫描采集到的超声波信号幅度，处理该组超声波数据；根据接收到的超声波脉冲群的平均幅值，来计算用于判断的阈值；达到判断阈值的点则认为当前测试的超声波信号到达起始点，否则认为是噪声信号。

7.根据权利要求6所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：所述超声波收发阵列为具有至少四个超声波感应元的集成阵列，或由至少四个独立的超声波传感器分散而成的阵列；所述前置放大模块和A/D转换模块的通道数量与超声波感应元的数量相对应。

8.一种复合测距仪的测距方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)由主测模块发起建立无线联络信号请求，向定位系统平台申请定位信号，再由定位系统平台发射无线电信号呼唤需要的信标模块；定位系统平台与需要的信标模块联络成功后，定位系统平台向信标模块发射启动测距无线信号，收到启动测距无线信号的信标模块，立即向主测模块发射无线同步信号，使信标模块和主测模块配合同步测试；

(2)由信标模块向主测模块发射已编码的超声波信号，同时收到同步信号的主测模块开启数据采集时间窗口T，实时采集数据并存储，处理计算接收到的超声波信号数据段，识别其编码，若接收到多组相同编码的超声波信号，只取最先到达的一组超声波编码信号，剔除其余杂波，再经计算找到最先到达的此组超声波编码信号的起头时间T’；

(3)计算得到超声波接收阵列与该信标模块之间的距离d为d＝T’×c，其中，c为超声波信号在常温下的传播速度；

(4)检测超声波接收阵列的不同超声波感应元所接收到的超声波的编码是否相同，若不相同则放弃，若相同则甄选出该编码的信标模块发射的超声波信号到达超声波感应元时间最短的两路信号，并结合相对应的两个超声波感应元的固定位置和固定角度，计算得出超声波接收阵列理论中心与信标模块的距离以及该信标模块与超声波接收阵列理论中心的右旋角γ；所述超声波接收阵列理论中心是指超声波接收阵列的几何中心点；右旋角γ是指该信标模块与超声波接收阵列理论中心之间的距离直线沿超声波接收阵列理论中心的中轴线向右旋转所呈的夹角。

9.根据权利要求8所述复合测距仪的测距方法，其特征在于：所述复合测距仪包括主测模块、定位系统平台和固定位置的信标模块；

所述定位系统平台包括：

无线通讯模块，用于以无线的方式与主测模块和/或信标模块联络，收发指令并发出同步信号；

所述信标模块包括：

第一无线收发模块，用于以无线的方式与主测模块联络，收发指令和发射同步信号；

超声波发射模块，用于发出已编码的超声波信号；

第一智能处理模块，用于处理接收的指令和储存超声波编码，并做出同步时序安排；

所述主测模块包括：

第二无线收发模块，用于以无线的方式与定位系统平台或信标模块联络，收发指令和同步信号，以及接收对待接收的超声波信号做出的时序安排；

超声波接收阵列，用于接收来自信标模块发出的不同角度的超声波信号；

第二智能处理模块，包括阵列处理模块和中央处理器；

所述阵列处理模块用于将接收的超声波信号放大，根据其信号的强弱自动进行增益控制，使输出的超声波模拟信号强度保持相对稳定，并将接收到的模拟信号转换成数字信号；

所述中央处理器用于处理接收的指令、识别编码、储存和分析接收到的超声波数据信息。