用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，包括發(fā)射單元、接收單元以及運(yùn)算單元；其中，所述發(fā)射單元和所述接收單元連接所述運(yùn)算單元；所述發(fā)射單元用于向待跟隨物體發(fā)射厘米波；所述接收單元用于接收所述厘米波；所述運(yùn)算單元用于根據(jù)發(fā)射厘米波和接收厘米波之間的時(shí)間差計(jì)算出移動(dòng)設(shè)備和待跟隨物體之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離。本實(shí)用新型可以做成防水防油，相對(duì)激光而言，較好的避免了因介質(zhì)的穿透性而造成的測量失敗。
【專利說明】
用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及微波測量領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微波無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線測距的精度越來越高，以微波技術(shù)為載體的測量方法開始走進(jìn)大眾消費(fèi)產(chǎn)品行業(yè)。
[0003]電磁波測距按照測定時(shí)間的方法主要分為兩大類:脈沖式測距和相位式測距。相位式測距在普通消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品中性價(jià)比不如脈沖式測距，普通的脈沖式測距包括:時(shí)標(biāo)脈沖、電子門、觸發(fā)器、脈沖發(fā)射、反射器、脈沖接收、計(jì)數(shù)顯示這幾部分，基本原理是通過激光器發(fā)出一個(gè)窄脈沖到達(dá)反射單元和接收單元，到接收單元的部分作為參考信號(hào)，經(jīng)反射單元反射再到接收單元的信號(hào)作為測距信號(hào)，計(jì)算參考信號(hào)與測距信號(hào)之間的時(shí)間差再經(jīng)過轉(zhuǎn)換就可以得到距離數(shù)值。但這種普通脈沖式測距儀一般測距較遠(yuǎn)，精度較差，但在移動(dòng)測距與跟隨領(lǐng)域，普通的脈沖式測距儀有更為致命的弱點(diǎn)-載波為激光，其限制性主要表現(xiàn)在:
[0004]1、在日光環(huán)境下測距會(huì)受到嚴(yán)重干擾。
[0005]2、反射單元與接收單元的相對(duì)位置要求限制了其在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0006]3、激光對(duì)人體(特別是眼睛)有較為嚴(yán)重的傷害。
[0007]4、激光在發(fā)射與反射過程中受周圍環(huán)境影響較大。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型提供的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，包括發(fā)射單元、接收單元以及運(yùn)算單元；
[0010]其中，所述發(fā)射單元和所述接收單元連接所述運(yùn)算單元;所述發(fā)射單元用于向待跟隨物體發(fā)射厘米波；
[0011]所述接收單元用于接收所述厘米波；
[0012]所述運(yùn)算單元用于根據(jù)發(fā)射厘米波和接收厘米波之間的時(shí)間差計(jì)算出移動(dòng)設(shè)備和待跟隨物體之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離。
[0013]優(yōu)選地，所述發(fā)射單元采用UWB模塊；
[0014]所述UWB模塊包括第一 CPU、信號(hào)發(fā)生器、第一本振信號(hào)發(fā)生器、混頻器、平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器以及第一天線；
[0015]其中，所述第一CPU連接所述信號(hào)發(fā)生器的控制端，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端和第一本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接所述混頻器的輸入端;所述混頻器的輸出端連接所述平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器的輸入端;所述平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述第一天線；
[0016]所述第一CPU，用于控制信號(hào)發(fā)生器將發(fā)射端數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)；
[0017]所述信號(hào)發(fā)生器，用于發(fā)射所述脈沖信號(hào)；
[0018]所述第一本振信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生第一本振頻率；
[0019]混頻器，用于將脈沖信號(hào)放大后與所述第一本振頻率混頻生成待發(fā)射信號(hào)；
[0020]平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器，用于將發(fā)射單元的輸出阻抗與第一天線阻抗匹配及平衡轉(zhuǎn)換。
[0021 ]第一天線，用于發(fā)射所述待發(fā)射信號(hào)，即厘米波。
[0022]優(yōu)選地，所述接收單元包括第二天線、低噪放模塊、本振信號(hào)模塊、帶通濾波器、ADC模塊以及第二 CPU;
[0023]其中，所述低噪放模塊的輸入端連接所述第二天線，所述低噪放模塊的輸出端依次通過所述本振信號(hào)模塊、通濾波器、ADC模塊連接所述第二 CPU;
[0024]所述低噪放模塊，用于將第二天線接收的厘米波進(jìn)行低噪音放大生成放大信號(hào)；
[0025]所述本振信號(hào)模塊，用于產(chǎn)生第二本振頻率與放大信號(hào)混頻生成混頻信號(hào)；
[0026]所述帶通濾波器，用于對(duì)混頻信號(hào)進(jìn)行濾波放大生成濾波放大信號(hào)；
[0027]所述ADC模塊，用于將濾波放大信號(hào)轉(zhuǎn)換為接收端數(shù)字信號(hào)；
[0028]所述第二CPU，用于處理得到的接收端數(shù)字信號(hào)。
[0029]優(yōu)選地，所述運(yùn)算單元采用ARM或FPGA。
[0030]優(yōu)選地于，所述運(yùn)算單元用于根據(jù)發(fā)射端數(shù)字信號(hào)和接收端數(shù)字信號(hào)之間的時(shí)間差計(jì)算出移動(dòng)設(shè)備和待跟隨物體之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離。
[0031 ] 優(yōu)選地，還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng);所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置在所述移動(dòng)設(shè)備上;所述運(yùn)算單元連接所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；
[0032]所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)距離驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的跟隨與定位。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果:
[0034]1、本實(shí)用新型發(fā)射的厘米波功率極低，對(duì)人體無害；
[0035]2、本實(shí)用新型由于不像激光脈沖那樣需要反射單元，所以可以用于較快速度的移動(dòng)測距/跟隨/定位系統(tǒng)當(dāng)中；
[0036]3、本實(shí)用新型由于可以使用多個(gè)接收單元與發(fā)射單元，可以得到多個(gè)設(shè)備之間的三維相對(duì)位置、精度較高；
[0037]4、本實(shí)用新型可以做成防水防油，相對(duì)激光而言，較好的避免了因介質(zhì)的穿透性而造成的測量失?。?br>[0038]5、本實(shí)用新型功率極低，甚至可以做成一次性設(shè)備。
【附圖說明】
[0039]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0040]圖1為本實(shí)用新型中發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖2為本實(shí)用新型中接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖3為本實(shí)用新型中用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的方法的雙設(shè)備協(xié)作方法流程不意圖；
[0043]圖4為本實(shí)用新型中用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的方法的多設(shè)備的協(xié)作方法流程示意圖。
[0044]圖中:
[0045]I為帶通濾波器。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0047]本實(shí)用新型在普通脈沖式測距方法的基礎(chǔ)上把載波變換為4G?6GHz的厘米波，采用一發(fā)射多接收的方式來進(jìn)行空間矢量定位，在實(shí)現(xiàn)三維定位的同時(shí)也提高了測量的精度，在計(jì)算出兩不同載體的相對(duì)位置的時(shí)候也實(shí)現(xiàn)了相對(duì)精確的跟隨功能，滿足了絕大部分消費(fèi)類產(chǎn)品的需求，以及部分工業(yè)和軍工產(chǎn)品的要求。
[0048]在本實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，包括發(fā)射單元、接收單元、運(yùn)算單元以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；
[0049]其中，所述發(fā)射單元和所述接收單元連接所述運(yùn)算單元;所述運(yùn)算單元連接所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng);所述發(fā)射單元用于向待跟隨物體發(fā)射厘米波；
[0050]所述接收單元用于接收所述厘米波；
[0051]所述運(yùn)算單元用于根據(jù)發(fā)射厘米波和接收厘米波之間的時(shí)間差計(jì)算出移動(dòng)設(shè)備和待跟隨物體之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離；
[0052]所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)距離驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的跟隨與定位。
[0053]發(fā)射單元與模擬單元的協(xié)作方式有兩種，一種是通過輔助信號(hào)進(jìn)行同步，另一種是自協(xié)作。輔助信號(hào)同步的方式基本原理是，發(fā)射單元的CPU與接收單元的CPU通過輔助信號(hào)進(jìn)行收發(fā)同步，這種方式因?yàn)橐肓溯o助信號(hào)而增加了測量的可能出現(xiàn)的誤差，所以本設(shè)備不采用這種方式。
[0054]所述發(fā)射單元采用UWB模塊;所述UWB模塊包括第一CPU、信號(hào)發(fā)生器、第一本振信號(hào)發(fā)生器、混頻器、平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器以及第一天線；
[0055]其中，所述第一CPU連接所述信號(hào)發(fā)生器的控制端，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端和第一本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接所述混頻器的輸入端;所述混頻器的輸出端連接所述平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器的輸入端;所述平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述第一天線；
[0056]所述第一CPU，用于控制信號(hào)發(fā)生器將發(fā)射端數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)；
[0057]所述信號(hào)發(fā)生器，用于發(fā)射所述脈沖信號(hào)；
[0058]所述第一本振信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生第一本振頻率；
[0059]混頻器，用于將脈沖信號(hào)放大后與所述第一本振頻率混頻生成待發(fā)射信號(hào)；
[0060]平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器，用于將發(fā)射單元的輸出阻抗與第一天線阻抗匹配及平衡轉(zhuǎn)換。[0061 ]第一天線，用于發(fā)射所述待發(fā)射信號(hào)，即厘米波。
[0062]UffB(Ultra-ffide Band)模塊，是一個(gè)尺寸接近手環(huán)的厘米波發(fā)射模塊，符合IEEE802.15.4-2011 UWB標(biāo)準(zhǔn)。UWB(Ultra_Wide Band)模塊由一個(gè)CPU和一個(gè)射頻信號(hào)發(fā)生器組成，其功能為發(fā)射載波為4G?6G的功率可調(diào)的調(diào)幅信號(hào)。
[0063]所述接收單元包括第二天線、低噪放模塊、本振信號(hào)模塊、帶通濾波器、ADC模塊以及第二CPU;其中，所述低噪放模塊的輸入端連接所述第二天線，所述低噪放模塊的輸出端依次通過所述本振信號(hào)模塊、通濾波器、ADC模塊連接所述第二 CPU;
[0064]所述低噪放模塊，用于將第二天線接收的厘米波進(jìn)行低噪音放大生成放大信號(hào)；
[0065]所述本振信號(hào)模塊，用于產(chǎn)生第二本振頻率與放大信號(hào)混頻生成混頻信號(hào)；
[0066]所述帶通濾波器，用于對(duì)混頻信號(hào)進(jìn)行濾波放大生成濾波放大信號(hào)；
[0067]所述ADC模塊，用于將濾波放大信號(hào)轉(zhuǎn)換為接收端數(shù)字信號(hào)；
[0068]所述第二CPU，用于處理得到的接收端數(shù)字信號(hào)。
[0069]所述運(yùn)算單元采用ARM或FPGA。所述運(yùn)算單元用于根據(jù)發(fā)射端數(shù)字信號(hào)和接收端數(shù)字信號(hào)之間的時(shí)間差計(jì)算出移動(dòng)設(shè)備和待跟隨物體之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離；
[0070]本實(shí)用新型提供的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0071 ] S1:設(shè)備A的發(fā)射單元發(fā)射厘米波信號(hào)；
[0072]S2:設(shè)備B的接收單元接收到設(shè)備A的發(fā)射單元發(fā)射的厘米波信號(hào)后再通過設(shè)備B的發(fā)射單元發(fā)射厘米波信號(hào)；
[0073]S3:設(shè)備A的接收單元接收到設(shè)備B的發(fā)射單元發(fā)射的厘米波后再通過設(shè)備A的發(fā)射單元發(fā)射厘米波到B設(shè)備的接收單元；
[0074]其中，設(shè)備A為一用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，設(shè)備B為另一用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置。設(shè)備A或設(shè)備B的運(yùn)算單元根據(jù)發(fā)射厘米波和接收厘米波之間的時(shí)間差計(jì)算出設(shè)備A和設(shè)備B之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離。
[0075]所述帶接收單元的設(shè)備B為多個(gè)。所述接收單元和發(fā)射單元的測量精度小于等于10厘米。所述設(shè)備A和多個(gè)所述設(shè)備B之間采用多對(duì)象的矢量運(yùn)算方法。
[0076]其中A和B的接收單元的接收觸發(fā)非?？?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳播時(shí)間，因此可以通過計(jì)算厘米波的飛行時(shí)間來進(jìn)行測距/跟隨/定位，而且雙設(shè)備之間的測量精度控制在1cm以內(nèi)。如果設(shè)定A與B的相對(duì)距離，本設(shè)備與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)不同載體之間的跟隨功能。
[0077]上述為兩個(gè)設(shè)備之間的測距/跟隨/定位，本設(shè)備為了提高測量精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維的空間定位，采用了多設(shè)備的矢量運(yùn)算方法，實(shí)現(xiàn)了以一個(gè)A多個(gè)B為基礎(chǔ)的高精度的測距/跟隨/定位系統(tǒng)。
[0078]以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，其特征在于，包括發(fā)射單元、接收單元以及運(yùn)算單元； 其中，所述發(fā)射單元和所述接收單元連接所述運(yùn)算單元;所述發(fā)射單元用于向待跟隨物體發(fā)射厘米波； 所述接收單元用于接收所述厘米波； 所述運(yùn)算單元用于根據(jù)發(fā)射厘米波和接收厘米波之間的時(shí)間差計(jì)算出移動(dòng)設(shè)備和待跟隨物體之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，其特征在于，所述發(fā)射單元采用UWB模塊； 所述UWB模塊包括第一 CPU、信號(hào)發(fā)生器、第一本振信號(hào)發(fā)生器、混頻器、平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器以及第一天線； 其中，所述第一CHJ連接所述信號(hào)發(fā)生器的控制端，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端和第一本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接所述混頻器的輸入端;所述混頻器的輸出端連接所述平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器的輸入端;所述平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述第一天線； 所述第一 CPU，用于控制信號(hào)發(fā)生器將發(fā)射端數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)； 所述信號(hào)發(fā)生器，用于發(fā)射所述脈沖信號(hào)； 所述第一本振信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生第一本振頻率； 混頻器，用于將脈沖信號(hào)放大后與所述第一本振頻率混頻生成待發(fā)射信號(hào)； 平衡至非平衡轉(zhuǎn)換器，用于將發(fā)射單元的輸出阻抗與第一天線阻抗匹配及平衡轉(zhuǎn)換； 第一天線，用于發(fā)射所述待發(fā)射信號(hào)，即厘米波。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，其特征在于，所述接收單元包括第二天線、低噪放模塊、本振信號(hào)模塊、帶通濾波器、ADC模塊以及第二 CPU; 其中，所述低噪放模塊的輸入端連接所述第二天線，所述低噪放模塊的輸出端依次通過所述本振信號(hào)模塊、通濾波器、ADC模塊連接所述第二 CPU; 所述低噪放模塊，用于將第二天線接收的厘米波進(jìn)行低噪音放大生成放大信號(hào)； 所述本振信號(hào)模塊，用于產(chǎn)生第二本振頻率與放大信號(hào)混頻生成混頻信號(hào)； 所述帶通濾波器，用于對(duì)混頻信號(hào)進(jìn)行濾波放大生成濾波放大信號(hào)； 所述ADC模塊，用于將濾波放大信號(hào)轉(zhuǎn)換為接收端數(shù)字信號(hào)； 所述第二 CHJ，用于處理得到的接收端數(shù)字信號(hào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，其特征在于，所述運(yùn)算單元采用ARM或FPGA。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，其特征在于，所述運(yùn)算單元用于根據(jù)發(fā)射端數(shù)字信號(hào)和接收端數(shù)字信號(hào)之間的時(shí)間差計(jì)算出移動(dòng)設(shè)備和待跟隨物體之間的距離，進(jìn)而根據(jù)所述距離和閾值距離差計(jì)算出運(yùn)動(dòng)距離。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)設(shè)備的測距與跟隨定位的裝置，其特征在于，還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng);所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置在所述移動(dòng)設(shè)備上;所述運(yùn)算單元連接所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)； 所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)距離驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的跟隨與定位。
【文檔編號(hào)】G01S13/76GK205539455SQ201521014165
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日
【發(fā)明人】王強(qiáng), 賀崗志, 何弢, 廖文龍, 張建飛, 劉力源, 趙磊
【申請(qǐng)人】上海酷哇機(jī)器人有限公司