專利名稱：無線測距中準(zhǔn)確識別目標(biāo)信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種在無線測距中從雜亂的回波信號中準(zhǔn)確識別目標(biāo)的方法。在使用超聲波或電磁波(不包括激光)測量較遠(yuǎn)的距離時，由于信號波束的方向性欠佳，除被測目標(biāo)外，周圍物體也會接收到信號并反射回儀器，使儀器無法從雜亂的背景回波中準(zhǔn)確地識別出目標(biāo)信號，這極大地限制了超聲波、電磁波在測距領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種簡便可靠的方法，無論在多么復(fù)雜的背景環(huán)境下，都能夠準(zhǔn)確無誤地識別出目標(biāo)信號，不受背景雜波的干擾。特別適用于超聲波、電磁波對較遠(yuǎn)的靜止目標(biāo)精確測距，也適用于飛機(jī)、船舶、汽車等的安全距離測量。
目前在無線測距中，較遠(yuǎn)距離的精確測量，多是使用激光儀器。激光儀器的性能可靠，精確度高，可達(dá)到毫米級，但是技術(shù)要求高，價格高昂，精確測量中還必須有精密的反射棱鏡配合使用。由于激光在空氣中的傳播速度大致不變，約為30萬千米/秒，既0.3毫米/微微秒(10-12秒)。因此，如果單純用計時的辦法測定距離，要求精度達(dá)到毫米級，則計時精度必須達(dá)到微微秒級，這在技術(shù)上是比較困難的，所以激光測距儀還采用其它方法綜合使用。如此高精度的要求，使得激光儀器價格高昂。此外，影響激光測量的因素有氣溫、大氣壓、空氣密度、能見度、熱抖動、直視距離、陽光直射等。由于激光波長極短，穿透能力差，在能見度低、熱抖動劇烈、細(xì)小的視障礙等情況下，激光儀器將看不見目標(biāo)或者接收不到回應(yīng)信號而不能正常使用。
相比之下，超聲波的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下約為340米/秒，既0.34毫米/微秒(10-6秒)，單純用計時的方法測量距離，要達(dá)到毫米級的精度，計時精度僅要求達(dá)到微秒級就足夠了，這很容易作到，比激光儀器微微秒級的精度要求在技術(shù)上容易得多，因此超聲波測距儀可望在價格上遠(yuǎn)低于激光測距儀。
超聲波測距儀由一臺主機(jī)、一個響應(yīng)器組成，配合使用。測量時，主機(jī)按下按鈕，發(fā)射一個A1頻率的超聲波短脈沖，同時計時器開始計時，并準(zhǔn)備接收響應(yīng)器回應(yīng)的信號；響應(yīng)器接收到A1信號，立即響應(yīng)，發(fā)射一個A2頻率的超聲波短脈沖，并不再對后續(xù)的任何信號做出響應(yīng)，主機(jī)收到響應(yīng)器回應(yīng)的A2信號，停止計時，并根據(jù)時間差以及溫度等參數(shù)，計算出主機(jī)與響應(yīng)器之間的精確距離。A1與A2頻率不同但對應(yīng)匹配。如前面所述，當(dāng)計時精度達(dá)到微秒級(10-6秒)時，測距精度就可達(dá)到毫米級。
由于超聲波束的方向性欠佳，響應(yīng)器周圍的物體也會接收并反射信號。為了準(zhǔn)確識別響應(yīng)器的信號，而不受背景雜波的干擾，在每一次測距過程中，響應(yīng)器只響應(yīng)一次，既僅對最先接收到的A1信號作出響應(yīng)，發(fā)出A2回應(yīng)，而對其它的信號一律不響應(yīng)，并且在每一次測距過程中都只響應(yīng)一次。很顯然，響應(yīng)器最先接收到的A1信號，直接來源于主機(jī)，而不是經(jīng)過反射或折射的；同樣的，主機(jī)在每次測距工作過程中也只響應(yīng)一次，既僅在發(fā)出A1信號以后，對最先接收到的A2信號作出響應(yīng)，對其它所有信號都不予處理，這樣可以確保接收到的A2信號直接來源于響應(yīng)器，而不是經(jīng)過折射或反射的信號，準(zhǔn)確有效地濾除了雜波信號的干擾，正確識別出目標(biāo)信號。
影響超聲波傳播速度的因素有兩個，既氣溫和風(fēng)力，而大氣壓、空氣密度、能見度、陽光直射等因素對超聲波沒有影響?？諝庵谐暡ǖ牟ㄩL為厘米級，對灰塵、濃霧等具有很強(qiáng)的穿透能力，灰塵、濃霧、偶然出現(xiàn)的細(xì)小樹枝葉，都不影響超聲波儀器的使用，劇烈的熱抖動可能會影響測量精度，但不會導(dǎo)致超聲波儀器不能使用。而激光儀器遇到這樣的問題，將不能使用。超聲波束呈扇形發(fā)射，使用時只需要大致對正目標(biāo)即可，無須精確瞄準(zhǔn)，使用方便；激光測距儀則必須精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)才能夠正常工作，不如超聲波儀器使用方便，快捷。
這種準(zhǔn)確識別目標(biāo)、濾除干擾雜波的方法，不僅適用于超聲波無線測距，也適用于電磁波無線測距。為了避免多臺儀器在同一個范圍內(nèi)同時工作時互相干擾，可以在主機(jī)上設(shè)定數(shù)個固定頻率A1，B1，C1等；而在響應(yīng)器上也有同樣多的對應(yīng)頻率A2，B2，C2等，一一匹配對應(yīng)。主機(jī)和響應(yīng)器都只對指定的匹配頻率作出響應(yīng)，它們的頻率必須不同，而又一一匹配對應(yīng)。
類似的方法，還可用于飛機(jī)、船舶的安全距離測量，以及高速公路上汽車防追尾撞擊的安全距離測量等。
權(quán)利要求
1.一種無線測距中準(zhǔn)確識別目標(biāo)信號的方法，儀器包含主機(jī)和響應(yīng)器，主機(jī)發(fā)射一個A1頻率的短脈沖，響應(yīng)器收到A1信號后立即響應(yīng)，發(fā)射一個A2頻率的短脈沖，主機(jī)收到A2信號后，根據(jù)時間差及相關(guān)參數(shù)計算距離；
2.每次測量過程中，主機(jī)和響應(yīng)器都只響應(yīng)一次，只對最先接收到的指定信號作出處理；
3.A1和A2的頻率不同而又一一對應(yīng)匹配。
全文摘要
在使用超聲波或電磁波測量較遠(yuǎn)距離時，目標(biāo)周圍物體也會收到信號并反射回儀器，使儀器無法從雜亂的背景回波中準(zhǔn)確地識別出目標(biāo)信號，極大地限制了超聲波、電磁波在測距領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明的主機(jī)和響應(yīng)器頻率不同，且只對最先收到的指定信號作出處理，能準(zhǔn)確無誤地識別出目標(biāo)信號，不受背景雜波干擾。主機(jī)發(fā)射一個A1頻率的短脈沖，響應(yīng)器收到A1信號后，立即響應(yīng)，發(fā)射一個A2頻率的短脈沖，根據(jù)時間差及相關(guān)參數(shù)計算距離。也適用于飛機(jī)、船舶、汽車等的安全距離測量。
文檔編號G01S13/00GK1424590SQ0216031
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者楊炳南 申請人:楊炳南