CN111596286B - 测距方法和装置 - Google Patents

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CN111596286B CN202010532844.6A CN202010532844A CN111596286B CN 111596286 B CN111596286 B CN 111596286B CN 202010532844 A CN202010532844 A CN 202010532844A CN 111596286 B CN111596286 B CN 111596286B
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Abstract

本发明提供一种测距方法和装置，所述方法包括：通过接收端的接收器接收发射端的发射器同时发射的第一探测波和第二探测波，其中，第一探测波与第二探测波具有不同的传播速度；确定第一探测波到达接收器的时间；将接收器接收到的第二探测波转换为方波，并根据方波的脉冲宽度对第二探测波进行识别，以确定第二探测波实际到达接收器的时间；根据第一探测波的传播速度、第二探测波的传播速度、第一探测波到达接收器的时间和第二探测波实际到达接收器的时间计算发射端与接收端之间的距离。本发明能够大大提高测距精度，并且实现简单，设备的安装、操作也比较方便。

Description

测距方法和装置
技术领域
本发明涉及距离检测技术领域，具体涉及一种测距方法和一种测距装置。
背景技术
在目前绝大多数的距离检测方案中，超声波技术应用广泛，超声波测距系统主要采用反射式测距法，通过多边定位等方法确定物理位置。系统由一个主测距器和若干接收器组成，定位时，向接收器发射同频率的信号，接收器接收后又反射传输给主测距器，根据回波和发射波的时间差计算出距离。但是，由于超声波振动片的自身物理特性，会伴随着余震的产生，对目标反射回来的超声波产生干扰，同时受环境因素的影响，杂波等不确定因素较多，反射式来回时间差的测距方法使得误差扩大，严重影响超声波的测距效果。
也有部分距离检测方案采用信号到达时间法，在信号的传播速率已知的情况下，通过测量信号在发射端和接收端经过的时间来计算收发两端的距离。这一方式的缺点在于，由于信号的传递速率大，微小的时间偏差会导致很大的距离计算误差，因此需要用导线将发射器和接收器连接起来，严格同步时间，才能测量出信号的渡越时间，这就使得测距设备在布置过程中受导线影响，安装位置受限，实际操作不便。
因此，亟需提出一种能够提高距离检测精度，并且实施结构简单的测距方案。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种测距方法和装置，能够大大提高测距精度，并且实现简单，设备的安装、操作也比较方便。
本发明采用的技术方案如下：
一种测距方法，包括：通过接收端的接收器接收发射端的发射器同时发射的第一探测波和第二探测波，其中，所述第一探测波与所述第二探测波具有不同的传播速度；确定所述第一探测波到达所述接收器的时间；将所述接收器接收到的所述第二探测波转换为方波，并根据所述方波的脉冲宽度对所述第二探测波进行识别，以确定所述第二探测波实际到达所述接收器的时间；根据所述第一探测波的传播速度、所述第二探测波的传播速度、所述第一探测波到达所述接收器的时间和所述第二探测波实际到达所述接收器的时间计算所述发射端与所述接收端之间的距离。
所述第一探测波为无线电波，所述第二探测波为超声波。
所述发射器集成无线电发射器和超声波发射器，所述接收器集成无线电接收器和超声波接收器。
根据所述方波的脉冲宽度对所述第二探测波进行识别，以确定所述第二探测波实际到达所述接收器的时间，具体包括：根据所述方波的上升沿和下降沿计算所述方波的当前脉冲宽度；实时将当前脉冲宽度与预设脉冲宽度进行比较；当当前脉冲宽度与预设脉冲宽度之间的误差处于预设误差范围内时，将当前脉冲宽度对应的上升沿时刻作为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
根据以下公式计算所述发射端与所述接收端之间的距离：
Figure BDA0002535963510000021
其中，L为所述发射端与所述接收端之间的距离，v1为所述第一探测波的传播速度，v2为所述第二探测波的传播速度，t1为所述第一探测波到达所述接收器的时间，t2为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
一种测距装置，包括：发射器，所述发射器设置于发射端，所述发射器用于同时发射第一探测波和第二探测波，其中，所述第一探测波与所述第二探测波具有不同的传播速度；接收器，所述接收器设置于接收端，所述接收器用于接收所述第一探测波和所述第二探测波；时间确定模块，所述时间确定模块用于确定所述第一探测波到达所述接收器的时间，并用于将所述接收器接收到的所述第二探测波转换为方波，并根据所述方波的脉冲宽度对所述第二探测波进行识别，以确定所述第二探测波实际到达所述接收器的时间；距离计算模块，所述距离计算模块用于根据所述第一探测波的传播速度、所述第二探测波的传播速度、所述第一探测波到达所述接收器的时间和所述第二探测波实际到达所述接收器的时间计算所述发射端与所述接收端之间的距离。
所述第一探测波为无线电波，所述第二探测波为超声波。
所述发射器集成无线电发射器和超声波发射器，所述接收器集成无线电接收器和超声波接收器。
所述时间确定模块包括：波形转换单元，所述波形转换单元用于将所述接收器接收到的所述第二探测波转换为方波；脉宽计算单元，所述脉宽计算单元用于根据所述方波的上升沿和下降沿计算所述方波的当前脉冲宽度；脉宽比较单元，所述脉宽比较单元用于实时将当前脉冲宽度与预设脉冲宽度进行比较，在当前脉冲宽度与预设脉冲宽度之间的误差处于预设误差范围内时，将当前脉冲宽度对应的上升沿时刻作为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
所述距离计算模块据以下公式计算所述发射端与所述接收端之间的距离：
Figure BDA0002535963510000031
其中，L为所述发射端与所述接收端之间的距离，v1为所述第一探测波的传播速度，v2为所述第二探测波的传播速度，t1为所述第一探测波到达所述接收器的时间，t2为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
本发明的有益效果：
本发明通过将接收器接收到的探测波转换为方波，并根据方波的脉冲宽度对探测波进行识别，以确定该探测波实际到达接收器的时间，同时，根据两种探测波的传播速度和到达时间计算接收端与发射端之间的距离，由此，能够大大提高测距精度，并且实现简单，设备的安装、操作也比较方便。
附图说明
图1为本发明实施例的测距方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的超声波过零检测示意图；
图3为本发明一个实施例的到达时间差法测距示意图；
图4为本发明实施例的测距装置的方框示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，本发明实施例的测距方法包括以下步骤：
S1，通过接收端的接收器接收发射端的发射器同时发射的第一探测波和第二探测波，其中，第一探测波与第二探测波具有不同的传播速度。
优选地，第一探测波与第二探测波具有较大的传播速度差，例如二者可处于不同的数量级。
在本发明的一个实施例中，第一探测波为无线电波，第二探测波为超声波。发射器可集成无线电发射器和超声波发射器，接收器可集成无线电接收器和超声波接收器，通过将无线电发射器和超声波发射器集成为一体，并将无线电接收器和超声波接收器集成为一体，能够使两种探测波的发射和接收各处于同一位置点，从而能够提高测距精度。
S2，确定第一探测波到达接收器的时间。
S3，将接收器接收到的第二探测波转换为方波，并根据方波的脉冲宽度对第二探测波进行识别，以确定第二探测波实际到达接收器的时间。
在本发明的一个实施例中，可对接收器接收到的第二探测波进行过零检测，通过过零检测电路将接收到的第二探测波转换为方波，即如图2所示，第二探测波，即超声波从正半周向负半周转换时，可产生一个正向的高电平信号。在本发明的实施例中，超声波在传播过程中频率保持不变，因此其在固定声程内可产生脉冲宽度保持不变的方波。此外，还可在过零检测电路前级设置滤波电容等，辅助滤除杂波信号。
进一步地，可根据方波的上升沿和下降沿计算方波的当前脉冲宽度，即以当前脉冲对应的上升沿时刻为时间起点、下降沿时刻为时间终点计算当前脉冲宽度，然后实时将当前脉冲宽度与预设脉冲宽度进行比较，当当前脉冲宽度与预设脉冲宽度之间的误差处于预设误差范围内时，将当前脉冲宽度对应的上升沿时刻作为第二探测波实际到达接收器的时间。在本发明的一个实施例中，预设脉冲宽度可为预先通过实验检测得到的超声波的实际脉冲宽度，预设误差范围为一个较小的范围，其可以限定计算的脉冲宽度与预设脉冲宽度基本相同。换言之，在接收到可能含有干扰波的第二探测波后，可以通过其转换得到的方波脉冲宽度来识别实际的第二探测波，并将捕捉到第一个脉冲宽度与实际相符的方波的上升沿时刻，也即在识别到实际的第二探测波后将当前方波的上升沿时刻作为第二探测波实际到达接收器的时间。
需要说明的是，步骤S3中确定探测波实际到达接收器的时间的方式适用于频率不变、实际信号前易掺杂杂波的探测波。在本发明的其他实施例中，如果第一探测波也符合该特征，则也可采用步骤S3中确定第二探测波实际到达接收器的时间的方式来确定第一探测波到达接收器的时间。
S4，根据第一探测波的传播速度、第二探测波的传播速度、第一探测波到达接收器的时间和第二探测波实际到达接收器的时间计算发射端与接收端之间的距离。
在本发明的一个实施例中，发射端与接收端之间的距离是通过到达时间差法确定的，应用传播速度分别为v1、v2，到达时间分别为t1、t2的两探测波进行的测距情景如图3所示。可根据以下公式计算发射端与接收端之间的距离：
Figure BDA0002535963510000061
其中，L为发射端与接收端之间的距离，v1为第一探测波的传播速度，v2为第二探测波的传播速度，t1为第一探测波到达接收器的时间，t2为第二探测波实际到达接收器的时间。
在本发明的一个实施例中，由于两种探测波的传波速度相差较大，所以发射端与接收端的距离可近似为仅与两种探测波的传播时间之差有关，无需检测传播时间，无需进行发射端与接收端的时间同步。
根据本发明实施例的测距方法，通过将接收器接收到的探测波转换为方波，并根据方波的脉冲宽度对探测波进行识别，以确定该探测波实际到达接收器的时间，同时，根据两种探测波的传播速度和到达时间计算接收端与发射端之间的距离，由此，能够大大提高测距精度，并且实现简单，设备的安装、操作也比较方便。
对应上述实施例的测距方法，本发明还提出一种测距装置。
如图4所示，本发明实施例的测距装置包括发射器10、接收器20、时间确定模块30和距离计算模块40。其中，发射器10设置于发射端，发射器10用于同时发射第一探测波和第二探测波，其中，第一探测波与第二探测波具有不同的传播速度；接收器20设置于接收端，接收器20用于接收第一探测波和第二探测波；时间确定模块30用于确定第一探测波到达接收器20的时间，并用于将接收器20接收到的第二探测波转换为方波，并根据方波的脉冲宽度对第二探测波进行识别，以确定第二探测波实际到达接收器20的时间；距离计算模块30用于根据第一探测波的传播速度、第二探测波的传播速度、第一探测波到达接收器20的时间和第二探测波实际到达接收器20的时间计算发射端与接收端之间的距离。
优选地，第一探测波与第二探测波具有较大的传播速度差，例如二者可处于不同的数量级。
在本发明的一个实施例中，第一探测波为无线电波，第二探测波为超声波。发射器10可集成无线电发射器和超声波发射器，接收器20可集成无线电接收器和超声波接收器，通过将无线电发射器和超声波发射器集成为一体，并将无线电接收器和超声波接收器集成为一体，能够使两种探测波的发射和接收各处于同一位置点，从而能够提高测距精度。
在本发明的一个实施例中，时间确定模块30包括波形转换单元、脉宽计算单元和脉宽比较单元。其中，波形转换单元可将接收器20接收到的第二探测波转换为方波，具体地，波形转换单元可包括过零检测电路，参照图2，第二探测波，即超声波从正半周向负半周转换时，可产生一个正向的高电平信号。在本发明的实施例中，超声波在传播过程中频率保持不变，因此其在固定声程内可产生脉冲宽度保持不变的方波。此外，还可在过零检测电路前级设置滤波电容等，辅助滤除杂波信号。脉宽计算单元可根据方波的上升沿和下降沿计算方波的当前脉冲宽度，即以当前脉冲对应的上升沿时刻为时间起点、下降沿时刻为时间终点计算当前脉冲宽度，然后脉宽比较单元可实时将当前脉冲宽度与预设脉冲宽度进行比较，在当前脉冲宽度与预设脉冲宽度之间的误差处于预设误差范围内时，将当前脉冲宽度对应的上升沿时刻作为第二探测波实际到达接收器20的时间。在本发明的一个实施例中，预设脉冲宽度可为预先通过实验检测得到的超声波的实际脉冲宽度，预设误差范围为一个较小的范围，其可以限定计算的脉冲宽度与预设脉冲宽度基本相同。换言之，在接收器20接收到可能含有干扰波的第二探测波后，时间确定模块30可以通过将其转换得到的方波脉冲宽度来识别实际的第二探测波，并将捕捉到第一个脉冲宽度与实际相符的方波的上升沿时刻，也即在识别到实际的第二探测波后将当前方波的上升沿时刻作为第二探测波实际到达接收器20的时间。
需要说明的是，时间确定模块30上述确定探测波实际到达接收器20的时间的方式适用于频率不变、实际信号前易掺杂杂波的探测波。在本发明的其他实施例中，如果第一探测波也符合该特征，则也可采用上述确定第二探测波实际到达接收器20的时间的方式来确定第一探测波到达接收器20的时间。
在本发明的一个实施例中，发射端与接收端之间的距离是通过到达时间差法确定的，应用传播速度分别为v1、v2，到达时间分别为t1、t2的两探测波进行的测距情景如图3所示。距离计算模块40可根据以下公式计算发射端与接收端之间的距离：
Figure BDA0002535963510000081
其中，L为发射端与接收端之间的距离，v1为第一探测波的传播速度，v2为第二探测波的传播速度，t1为第一探测波到达接收器20的时间，t2为第二探测波实际到达接收器20的时间。
在本发明的一个实施例中，由于两种探测波的传波速度相差较大，所以发射端与接收端的距离可近似为仅与两种探测波的传播时间之差有关，无需检测传播时间，无需进行发射端与接收端的时间同步。
根据本发明实施例的测距装置，通过将接收器接收到的探测波转换为方波，并根据方波的脉冲宽度对探测波进行识别，以确定该探测波实际到达接收器的时间，同时，根据两种探测波的传播速度和到达时间计算接收端与发射端之间的距离，由此，能够大大提高测距精度，并且结构简单，安装、操作也比较方便。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种测距方法，其特征在于，包括：
通过接收端的接收器接收发射端的发射器同时发射的第一探测波和第二探测波，其中，所述第一探测波与所述第二探测波具有不同的传播速度；
确定所述第一探测波到达所述接收器的时间；
将所述接收器接收到的所述第二探测波转换为方波，并根据所述方波的脉冲宽度对所述第二探测波进行识别，以确定所述第二探测波实际到达所述接收器的时间；
根据所述第一探测波的传播速度、所述第二探测波的传播速度、所述第一探测波到达所述接收器的时间和所述第二探测波实际到达所述接收器的时间计算所述发射端与所述接收端之间的距离，根据以下公式计算所述发射端与所述接收端之间的距离：
Figure FDA0003840711040000011
其中，L为所述发射端与所述接收端之间的距离，v1为所述第一探测波的传播速度，v2为所述第二探测波的传播速度，t1为所述第一探测波到达所述接收器的时间，t2为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
2.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，所述第一探测波为无线电波，所述第二探测波为超声波。
3.根据权利要求2所述的测距方法，其特征在于，所述发射器集成无线电发射器和超声波发射器，所述接收器集成无线电接收器和超声波接收器。
4.根据权利要求3所述的测距方法，其特征在于，根据所述方波的脉冲宽度对所述第二探测波进行识别，以确定所述第二探测波实际到达所述接收器的时间，具体包括：
根据所述方波的上升沿和下降沿计算所述方波的当前脉冲宽度；
实时将当前脉冲宽度与预设脉冲宽度进行比较；
当当前脉冲宽度与预设脉冲宽度之间的误差处于预设误差范围内时，将当前脉冲宽度对应的上升沿时刻作为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
5.一种测距装置，其特征在于，包括：
发射器，所述发射器设置于发射端，所述发射器用于同时发射第一探测波和第二探测波，其中，所述第一探测波与所述第二探测波具有不同的传播速度；
接收器，所述接收器设置于接收端，所述接收器用于接收所述第一探测波和所述第二探测波；
时间确定模块，所述时间确定模块用于确定所述第一探测波到达所述接收器的时间，并用于将所述接收器接收到的所述第二探测波转换为方波，并根据所述方波的脉冲宽度对所述第二探测波进行识别，以确定所述第二探测波实际到达所述接收器的时间；
距离计算模块，所述距离计算模块用于根据所述第一探测波的传播速度、所述第二探测波的传播速度、所述第一探测波到达所述接收器的时间和所述第二探测波实际到达所述接收器的时间计算所述发射端与所述接收端之间的距离，所述距离计算模块据以下公式计算所述发射端与所述接收端之间的距离：
Figure FDA0003840711040000021
其中，L为所述发射端与所述接收端之间的距离，v1为所述第一探测波的传播速度，v2为所述第二探测波的传播速度，t1为所述第一探测波到达所述接收器的时间，t2为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
6.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述第一探测波为无线电波，所述第二探测波为超声波。
7.根据权利要求6所述的测距装置，其特征在于，所述发射器集成无线电发射器和超声波发射器，所述接收器集成无线电接收器和超声波接收器。
8.根据权利要求7所述的测距装置，其特征在于，所述时间确定模块包括：
波形转换单元，所述波形转换单元用于将所述接收器接收到的所述第二探测波转换为方波；
脉宽计算单元，所述脉宽计算单元用于根据所述方波的上升沿和下降沿计算所述方波的当前脉冲宽度；
脉宽比较单元，所述脉宽比较单元用于实时将当前脉冲宽度与预设脉冲宽度进行比较，在当前脉冲宽度与预设脉冲宽度之间的误差处于预设误差范围内时，将当前脉冲宽度对应的上升沿时刻作为所述第二探测波实际到达所述接收器的时间。
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