本發(fā)明涉及超聲波定位追蹤領(lǐng)域，具體涉及一種高精度的實時超聲波定位追蹤方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

定位精度和實時性是超聲波定位追蹤系統(tǒng)設(shè)計的重要參數(shù)，也是超聲波定位追蹤系統(tǒng)性能上重要的指標。因此在實際超聲波定位追蹤系統(tǒng)的設(shè)計中，如何在保證實時性的條件下達到更高的定位精度是一個非常重要的問題。比如在虛擬現(xiàn)實(vr)和增強現(xiàn)實(ar)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中，定位追蹤的精確度和時延直接影響到用戶的控制精度和體驗。在傳統(tǒng)的基于測距的定位方法中，提高精度的手段是利用超聲波信號的初始相位變化信息進行測距、定位和追蹤。在傳統(tǒng)的基于測距的定位追蹤方法中，需要使用低通濾波器濾除發(fā)出信號與接收信號相乘結(jié)果中的高頻部分，因而帶來了較大的時延，無法適用于高精度高實時性的超聲波定位追蹤系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明實施例提供一種高精度的實時超聲波定位追蹤方法及系統(tǒng)。

一方面，本發(fā)明實施例提出一種高精度的實時超聲波定位追蹤方法，包括：

s1、計算目標在所有維度上的移動距離，對于每一維度，目標在該維度上的移動距離d的計算公式為d＝δθp×λ/2π，其中，δθp為所述目標接收到的超聲波在該維度下tb時刻和ta時刻的初始相位差值，δθp＝2π[(qb-qa)/m–f0(tb-ta)]，qb為所述超聲波在該維度下以tb時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，qa為所述超聲波在該維度下以ta時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，信標點為值大于前后相鄰采樣點的采樣點，m為初始相位差值測量使用的窗口大小，f0為發(fā)出超聲波信號的頻率，目標在ta時刻從起始點出發(fā)，在tb時刻移動到終點，λ為發(fā)出超聲波信號的波長；

s2、獲取目標的初始位置，根據(jù)所述初始位置和目標在所有維度上的移動距離計算目標的當(dāng)前位置。

另一方面，本發(fā)明實施例一種高精度的實時超聲波定位追蹤系統(tǒng)，包括：

第一計算單元，用于計算目標在所有維度上的移動距離，對于每一維度，目標在該維度上的移動距離d的計算公式為d＝δθp×λ/2π，其中，δθp為所述目標接收到的超聲波在該維度下tb時刻和ta時刻的初始相位差值，δθp＝2π[(qb-qa)/m–f0(tb-ta)]，qb為所述超聲波在該維度下以tb時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，qa為所述超聲波在該維度下以ta時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，信標點為值大于前后相鄰采樣點的采樣點，m為初始相位差值測量使用的窗口大小，f0為發(fā)出超聲波信號的頻率，目標在ta時刻從起始點出發(fā)，在tb時刻移動到終點，λ為發(fā)出超聲波信號的波長；

第二計算單元，用于獲取目標的初始位置，根據(jù)所述初始位置和目標在所有維度上的移動距離計算目標的當(dāng)前位置。

本發(fā)明實施例提出的高精度的實時超聲波定位追蹤方法及系統(tǒng)，先計算目標在所有維度上的移動距離，再根據(jù)目標的初始位置和目標在所有維度上的移動距離計算目標的當(dāng)前位置，整個過程中所述移動距離的計算用到了超聲波的初始相位差值，而由于在超聲波的初始相位差值的計算過程中沒有用到低通濾波器，因而可以極大地降低高精度定位過程中的時間延遲，使得超聲波定位能夠應(yīng)用到高精度高實時性的使用場景中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種高精度的實時超聲波定位追蹤方法一實施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一種高精度的實時超聲波定位追蹤方法另一實施例的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明一種高精度的實時超聲波定位追蹤系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參看圖1，本實施例公開一種高精度的實時超聲波定位追蹤方法，包括：

s1、計算目標在所有維度上的移動距離，對于每一維度，目標在該維度上的移動距離d的計算公式為d＝δθp×λ/2π，其中，δθp為所述目標接收到的超聲波在該維度下tb時刻和ta時刻的初始相位差值，δθp＝2π[(qb-qa)/m–f0(tb-ta)]，qb為所述超聲波在該維度下以tb時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，qa為所述超聲波在該維度下以ta時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，信標點為值大于前后相鄰采樣點的采樣點，m為初始相位差值測量使用的窗口大小，f0為發(fā)出超聲波信號的頻率，目標在ta時刻從起始點出發(fā)，在tb時刻移動到終點，λ為發(fā)出超聲波信號的波長；

s2、獲取目標的初始位置，根據(jù)所述初始位置和目標在所有維度上的移動距離計算目標的當(dāng)前位置。

本實施例提出的高精度的實時超聲波定位追蹤方法，先計算目標在所有維度上的移動距離，再根據(jù)目標的初始位置和目標在所有維度上的移動距離計算目標的當(dāng)前位置，整個過程中所述移動距離的計算用到了超聲波的初始相位差值，而由于在超聲波的初始相位差值的計算過程中沒有用到低通濾波器，因而可以極大地降低高精度定位過程中的時間延遲，使得超聲波定位能夠應(yīng)用到高精度高實時性的使用場景中。

本發(fā)明針對現(xiàn)有高精度定位追蹤系統(tǒng)的時延問題，設(shè)計了一種高效的高精度實時定位方法，這種方法無須使用低通濾波器對發(fā)出信號與接收信號的相乘結(jié)果進行濾波，就能快速地得到接收信號的初始相位。極大地降低了高精度定位過程中的時間延遲，使得超聲波定位能夠應(yīng)用到高精度高實時性的使用場景中。

本發(fā)明的主要方法包含如下的幾個步驟，接收信號初始相位測量方法，一維目標位移測量方法和高精度實時定位追蹤技術(shù)。

假設(shè)發(fā)出信號的頻率是f0，初始相位測量使用的窗口大小為m。目標在ta時刻從起始點a出發(fā)，在tb時刻移動到終點b。

基于以上的發(fā)明方法，參看圖2，本發(fā)明的具體實施方法如下：

(1)本方法的第一步為在目標靜止時測量發(fā)射信號的頻率f0，具體的做法是，在目標靜止時，統(tǒng)計一段時間t0內(nèi)，其值大于前后相鄰采樣點的采樣點的數(shù)目，記為n0。則發(fā)射信號頻率為f0＝n0/t0?？梢岳斫獾氖?，本方法的第一步計算的是在單一維度下發(fā)射信號的頻率，如果要計算不同維度下發(fā)射信號的頻率，則可以使用不同維度的發(fā)射信號，而不同維度的發(fā)射信號可以通過對目標獲得的發(fā)射信號進行帶通濾波得到。

(2)本方法的第二步為計算以ta時刻為起始的窗口的q值，記為qa。具體的做法是，對于窗口中每個采樣點s，計算從第一個采樣點到該采樣點s為止，中間所包括的所有的信標點(信標點為值大于前后相鄰采樣點的采樣點)的數(shù)量，記為ms，則qa＝∑ms。

(3)本方法的第三步為計算以tb時刻為起始的窗口的q值，記為qb。qb的計算方法與第二步相同，此處不再贅述。

(4)本方法的第四步為計算tb和ta時刻的初始相位差值，計算方法為：δθp＝2π[(qb-qa)/m–f0(tb-ta)]。

(5)本方法的第五步為根據(jù)初始相位差值計算目標在單一維度上的移動距離，計算方法為：d＝δθp×λ/2π，λ＝c/f0是發(fā)射信號的波長。

(6)本方法的第六步為按照(1)～(5)的步驟計算目標在所有維度上的移動距離。

(7)本方法的第七步為讀取目標初始位置。

(8)本方法的第八步為整合在(6)(7)步中得到的信息，實時計算出當(dāng)前位置。

由于本方法在相位估算的過程中沒有用到低通濾波器，因而可以極大地縮短響應(yīng)時間，在高精度的前提下還能保證系統(tǒng)的實時性。

參看圖3，本實施例公開一種高精度的實時超聲波定位追蹤系統(tǒng)，包括：

第一計算單元1，用于計算目標在所有維度上的移動距離，對于每一維度，目標在該維度上的移動距離d的計算公式為d＝δθp×λ/2π，其中，δθp為所述目標接收到的超聲波在該維度下tb時刻和ta時刻的初始相位差值，δθp＝2π[(qb-qa)/m–f0(tb-ta)]，qb為所述超聲波在該維度下以tb時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，qa為所述超聲波在該維度下以ta時刻為起始的窗口中從第一個采樣點到每一個采樣點之間信標點的數(shù)目的和，信標點為值大于前后相鄰采樣點的采樣點，m為初始相位差值測量使用的窗口大小，f0為發(fā)出超聲波信號的頻率，目標在ta時刻從起始點出發(fā)，在tb時刻移動到終點，λ為發(fā)出超聲波信號的波長；

需要說明的是，f0＝n0/t0，其中，n0為目標靜止時，一段時間t0內(nèi)，采樣點中值大于前后相鄰采樣點的采樣點的數(shù)目。

第二計算單元2，用于獲取目標的初始位置，根據(jù)所述初始位置和目標在所有維度上的移動距離計算目標的當(dāng)前位置。

本實施例提出的高精度的實時超聲波定位追蹤系統(tǒng)，先計算目標在所有維度上的移動距離，再根據(jù)目標的初始位置和目標在所有維度上的移動距離計算目標的當(dāng)前位置，整個過程中所述移動距離的計算用到了初始相位差值，而由于在初始相位差值的計算過程中沒有用到低通濾波器，因而可以極大地降低高精度定位過程中的時間延遲，使得超聲波定位能夠應(yīng)用到高精度高實時性的使用場景中。

雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。