CN111060914A - 一种超声波测距数据优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种超声波测距数据优化方法包括以下操作步骤：将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离、与各个平面之间的垂直距离，以及相对于参考原点的距离，本发明测距方法立体直观，能够有效对空间位点进行精准测距，配合云端摄录组件，测距精准度显著提高，实用性好。

Description

一种超声波测距数据优化方法

技术领域

本发明涉及超声测距技术领域，具体的为一种超声波测距数据优化方法及系统。

背景技术

无线传感器网络可应用于布线和电源供给困难、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些临时场合(如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏)等。它不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点，可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域，特别是对于军事应用、目标追踪、环境检测、空间探索，无线传感器网络的优势越来越明显。

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

超声波测距设备在我们日常生活中同样应用的十分广泛，利用基本的电声学原理，通过时间差可以简单的测量距离。然而，由于超声波是球面波，传播过程中的指向性较差且有一定的扩散角，并且测量的参照系是以超声波传感器为原点的极坐标系，因此传统的超声测距测量到的距离实际上是极坐标中的矢量半径的长度而不是被测目标与参考点的实际距离。此外，为了提高测量精度，则需要使用更多指向性较强的超声波传感器，成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声波测距数据优化方法，测距方法立体直观，能够有效对空间位点进行精准测距，配合云端摄录组件，测距精准度显著提高，实用性好。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超声波测距数据优化方法，包括以下操作步骤：

1)将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；

2)3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；

3)被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；

4)根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离；以及计算出被测目标与各个平面之间的垂直距离，以及被测目标在其中一个平面上的投影相对于参考原点的距离。

优选的，超声波传感器发射端使用伪随机码扩展信号频谱，每个发射端使用不同的伪随机码序列；将所述发射端的伪随机码序列或该伪随机码序列的差分通过频率为fc的载波进行调制，滤波后得到一调制信号，该调制信号通过超声波发射器发射出去；

超声波传感器接收端接收到一发射端所发射的超声波信号后，首先进行滤波，然后对所接收到的超声波信号进行解调得到一解调信号,该解调信号使用接收端的本地伪随机码序列进行累积，对累积值进行峰值检测，根据峰值计算得到接收端接收到超声波的时刻，再进一步计算得到接收端与发射端的距离。

优选的，伪随机码序列是选取值为1与-1的伪随机序列，并且该序列的差分序列依然有很好的相关性。

优选的，发射端的滤波和所述接收端的滤波采用高通或带通滤波器滤波。

优选的，还包括云端摄录组件，云端摄录组件包括摄像头、数据采集合成控制电路板、显示装置，所述数据采集合成控制电路板设在所述摄像头壳体内，用于采集来自于所述至少3个超声波传感器的超声波测距信号和来自于摄像头的光学图像信号且处理形成带有距离信号的图像信号并输出，最终呈现于显示装置。

优选的，数据采集合成控制电路板包括图像传感器模块、超声波驱动模块、微控制器、图像处理模块、图像输出端口；

其中，图像传感器模块用于接收光学图像信号并转换为图像电信号；

超声波驱动模块驱动超声波传感器发射超声波并采集超声波回波并输出超声波测距信号；

超声波信号接收端口用于接收所述超声波测距信号；

图像处理模块用于处理所述图像电信号和超声波测距信号；

超声波信号接收端口接收的超声波测距信号通过微控制器处理后获得距离数据信号，所述图像处理模块将所述距离数据信号与所述图像电信号合成为新的带有距离信息的图像信号，并通过所述图像输出端口向外输出。

本发明的有益效果在于：本发明通过三组超声波传感器，对被测物进行多个方位上的监测定位，测距方法立体直观，能够有效对空间位点进行精准测距，配合云端摄录组件，测距精准度显著提高，实用性好。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种超声波测距数据优化方法，包括以下操作步骤：

1)将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；

2)3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；

3)被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；

4)根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离；以及计算出被测目标与各个平面之间的垂直距离，以及被测目标在其中一个平面上的投影相对于参考原点的距离。

优选的，超声波传感器发射端使用伪随机码扩展信号频谱，每个发射端使用不同的伪随机码序列；将所述发射端的伪随机码序列或该伪随机码序列的差分通过频率为fc的载波进行调制，滤波后得到一调制信号，该调制信号通过超声波发射器发射出去；

超声波传感器接收端接收到一发射端所发射的超声波信号后，首先进行滤波，然后对所接收到的超声波信号进行解调得到一解调信号,该解调信号使用接收端的本地伪随机码序列进行累积，对累积值进行峰值检测，根据峰值计算得到接收端接收到超声波的时刻，再进一步计算得到接收端与发射端的距离。

优选的，伪随机码序列是选取值为1与-1的伪随机序列，并且该序列的差分序列依然有很好的相关性。

优选的，发射端的滤波和所述接收端的滤波采用高通或带通滤波器滤波

优选的，还包括云端摄录组件，云端摄录组件包括摄像头、数据采集合成控制电路板、显示装置，所述数据采集合成控制电路板设在所述摄像头壳体内，用于采集来自于所述至少3个超声波传感器的超声波测距信号和来自于摄像头的光学图像信号且处理形成带有距离信号的图像信号并输出，最终呈现于显示装置。

优选的，数据采集合成控制电路板包括图像传感器模块、超声波驱动模块、微控制器、图像处理模块、图像输出端口；

其中，图像传感器模块用于接收光学图像信号并转换为图像电信号；

超声波驱动模块驱动超声波传感器发射超声波并采集超声波回波并输出超声波测距信号；

超声波信号接收端口用于接收所述超声波测距信号；

图像处理模块用于处理所述图像电信号和超声波测距信号；

超声波信号接收端口接收的超声波测距信号通过微控制器处理后获得距离数据信号，所述图像处理模块将所述距离数据信号与所述图像电信号合成为新的带有距离信息的图像信号，并通过所述图像输出端口向外输出。

本发明通过三组超声波传感器，对被测物进行多个方位上的监测定位，测距方法立体直观，能够有效对空间位点进行精准测距，配合云端摄录组件，测距精准度显著提高，实用性好。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种超声波测距数据优化方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

1)将至少3个超声波传感器设置在模拟测距平台上，包括安装在基准点的发射端和安装在待测距目标上的接收端，超声波传感器的法线可相交，并设置参考原点；

2)3个超声波传感器的法线两两确定一个平面，构成三维立体结构；

3)被测目标位于超声波传感器的测量范围的交集内，且所述被测目标在所述至少两个超声波传感器的法线所确定的平面上；

4)根据所述超声波回波计算出每个超声波传感器与被测目标之间的矢量距离；以及计算出被测目标与各个平面之间的垂直距离，以及被测目标在其中一个平面上的投影相对于参考原点的距离。

2.根据权利要求1所述的超声波测距数据优化方法，其特征在于：超声波传感器发射端使用伪随机码扩展信号频谱，每个发射端使用不同的伪随机码序列；将所述发射端的伪随机码序列或该伪随机码序列的差分通过频率为fc的载波进行调制，滤波后得到一调制信号，该调制信号通过超声波发射器发射出去；

超声波传感器接收端接收到一发射端所发射的超声波信号后，首先进行滤波，然后对所接收到的超声波信号进行解调得到一解调信号,该解调信号使用接收端的本地伪随机码序列进行累积，对累积值进行峰值检测，根据峰值计算得到接收端接收到超声波的时刻，再进一步计算得到接收端与发射端的距离。

3.根据权利要求2所述的超声波测距数据优化方法，其特征在于：伪随机码序列是选取值为1与-1的伪随机序列，并且该序列的差分序列依然有很好的相关性。

4.根据权利要求2所述的超声波测距数据优化方法，其特征在于：发射端的滤波和所述接收端的滤波采用高通或带通滤波器滤波。

5.根据权利要求1-4任一项所述的超声波测距数据优化方法，其特征在于：还包括云端摄录组件，云端摄录组件包括摄像头、数据采集合成控制电路板、显示装置，所述数据采集合成控制电路板设在所述摄像头壳体内，用于采集来自于所述至少3个超声波传感器的超声波测距信号和来自于摄像头的光学图像信号且处理形成带有距离信号的图像信号并输出，最终呈现于显示装置。

6.根据权利要求5所述的超声波测距数据优化方法，其特征在于：所述数据采集合成控制电路板包括图像传感器模块、超声波驱动模块、微控制器、图像处理模块、图像输出端口；

其中，图像传感器模块用于接收光学图像信号并转换为图像电信号；

超声波驱动模块驱动超声波传感器发射超声波并采集超声波回波并输出超声波测距信号；

超声波信号接收端口用于接收所述超声波测距信号；

图像处理模块用于处理所述图像电信号和超声波测距信号；

超声波信号接收端口接收的超声波测距信号通过微控制器处理后获得距离数据信号，所述图像处理模块将所述距离数据信号与所述图像电信号合成为新的带有距离信息的图像信号，并通过所述图像输出端口向外输出。