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專利名稱：一種依靠兩種不同波速的波在小空間完成平面定位的系統(tǒng)的制作方法
一種依靠兩種不同波速的波在小空間完成平面定位的系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種平面定位的系統(tǒng)，特別涉及一種依靠兩種不同波速的 波在小空間內(nèi)完成平面定位的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的定位系統(tǒng)有GPS， GPRS等大型定位系統(tǒng)或激光精確定位系統(tǒng)，以及 倒車?yán)走_(dá)等局部定位系統(tǒng)。大型定位系統(tǒng)的精度為米級如GPS、 GPRS，小型精確 定位的精度為微米級或納米級。但局部定位系統(tǒng)只局限于定向的定位。為適應(yīng)全自動(dòng)錄播系統(tǒng)需要，實(shí)現(xiàn)對教師在教室內(nèi)平面上的實(shí)時(shí)定位的功 能。從而實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)對教師進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝的效果。現(xiàn)有的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)這種功 能。只能對在講臺上活動(dòng)的教師進(jìn)行區(qū)域定位。這種辦法有幾以下幾個(gè)缺點(diǎn)1、 教師的活動(dòng)區(qū)域被限制，只能在講臺上活動(dòng)，否則攝像機(jī)就不能拍攝教師；2、 不能對教師進(jìn)行精確定位。 發(fā)明內(nèi)容.本發(fā)明的發(fā)明目的是為了提供一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成 平面定位的系統(tǒng)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
本發(fā)明的發(fā)明目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面定位的系統(tǒng)，其設(shè)備包括一個(gè)與外圍設(shè)備非電性連接的，能向系統(tǒng)內(nèi)各外圍設(shè)備發(fā)射信號或接收系統(tǒng)內(nèi)各外圍設(shè)備信號，并能對信號進(jìn)行處理的信號釆集模塊；至少4個(gè)能識別信號是否存在、信號的類別，以及對相關(guān)附屬信息加以處 理，并把處理好的數(shù)據(jù)傳輸給信號釆集器的信號接收模塊；至少3個(gè)將信號發(fā)出并能接收信號采集器的識別命令的信號發(fā)射模塊；若干外圍設(shè)備；相關(guān)計(jì)算軟件。所述的外圍設(shè)備包括直角校準(zhǔn)器。一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面定位的系統(tǒng)，其模塊結(jié)構(gòu) 及數(shù)據(jù)流向?yàn)樾盘栣娂K包括電磁波信號接收器、電磁波信號發(fā)射器和與電腦通訊的 串口通訊模塊。電磁波信號接收器采集來自信號接受模塊和信號發(fā)射模塊的電 磁波信號；電磁波信號發(fā)射器給信號接收模塊和信號發(fā)射模塊發(fā)射電磁波信號； 串口通訊模塊用于把收集來的數(shù)據(jù)傳給電腦做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。信號接收模塊包括電磁波信號接收器、超聲波信號接收器和電磁波信號發(fā) 射器。電磁波信號接收器接收由信號釆集模塊和信號發(fā)射模塊發(fā)射來的電磁波 信號；超聲波信號接收器接收由信號發(fā)射模塊發(fā)射來的超聲波信號；電磁波信 號發(fā)射器通過電磁波信號給信號釆集模塊發(fā)射處理過的超聲波信號。信號發(fā)射模塊包括電磁波發(fā)射器、超聲波發(fā)射器和電磁波接收器。電磁波 發(fā)射器用于給信號接收模塊和信號采集模塊發(fā)射電磁波信號；超聲波發(fā)射器用 于給信號接收模塊發(fā)射超聲波信號；電磁波接收器用于接收信號采集模塊發(fā)射 來的電磁波信號。所述的信號接收模塊成矩陣安裝到教室的天花板上，并使每兩個(gè)接收模塊 間距離小于等于5米。所述的信號發(fā)射模塊置于同一水平面，并在直角校準(zhǔn)器的3個(gè)頂點(diǎn)上，以保證直角校準(zhǔn)器上3個(gè)發(fā)射器的信號能被所有信號接收模塊接收到。一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面定位的系統(tǒng)，其定位的方法為A) 通過發(fā)射源對接收源的定位在地面確定發(fā)射源精確坐標(biāo)，通過信號發(fā)射器分別向信號接收器發(fā)射電磁 波信號和超聲波信號，利用接收到電磁波和超聲波兩種波的不同時(shí)間得到的時(shí) 間差，計(jì)算出發(fā)射源和接收源的距離；又已知信號發(fā)射器的精確坐標(biāo)，就可以 得到信號接收器在X0Y平面上的投影坐標(biāo)。B) 通過接收源對發(fā)射源的定位在得到各接收源的精確坐標(biāo)后，通過信號接收器到某個(gè)信號發(fā)射器間的距 離，及信號接收器的坐標(biāo)利用公式計(jì)算得出發(fā)射源在XOY平面上的投影坐標(biāo)。其定位公式的計(jì)算方法為已知A、 B、 C為接收源，D為發(fā)射源。A點(diǎn)坐標(biāo)為(X" Y" 0); B為(X2， Y2， 0); C為(X3, Y3, 0); D為(X, Y, Z); 0為(X， Y, 0)
求 x、 y 解<formula>formula see original document page 7</formula>答<formula>formula see original document page 7</formula>通過本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)計(jì)而成的依靠兩種不同波速的波在小空 間內(nèi)完成平面定位的系統(tǒng)，利用兩種不同波速的波在傳播指定的距離 時(shí)所用的時(shí)間的差來計(jì)算距離的方法，從而進(jìn)一步對發(fā)射源或接收源 進(jìn)行定位的系統(tǒng)。和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有有操作簡單、定位方位全，反應(yīng)時(shí)間短(一次反應(yīng)時(shí)間小于l秒)，定位精度高(小于10厘米)，攜帶方便，可實(shí)現(xiàn)三維定位等優(yōu)點(diǎn)。


附圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流向示意圖(虛線流程為確定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程)；附圖2為本發(fā)明系統(tǒng)確認(rèn)流程示意圖； 附圖3為本發(fā)明定位流程示意圖； 附圖4為本發(fā)明安裝位置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例進(jìn) 一 步說明本發(fā)明的特點(diǎn)。如附圖l、附圖2和附圖3所示， 一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完 成平面定位的系統(tǒng)，它包括 一個(gè)信號采集模塊l、信號接收模塊2、信號發(fā)射 模塊3，以及相關(guān)計(jì)算軟件和外圍設(shè)備。信號釆集模塊1包括電磁波信號接收器102、電磁波信號發(fā)射器103和與電 腦通訊的串口通訊模塊101。電磁波信號接收器102釆集來自信號接受模塊2和 信號發(fā)射模塊3的電磁波信號；電磁波信號發(fā)射器103給信號接收模塊2和信 號發(fā)射模塊3發(fā)射電磁波信號；串口通訊模塊101用于把收集來的數(shù)據(jù)傳給電 腦做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。信號接收模塊2包括電磁波信號接收器202、超聲波信號接收器203和電磁 波信號發(fā)射器201。電磁波信號接收器202接收由信號采集模塊1和信號發(fā)射模 塊3發(fā)射來的電磁波信號；超聲波信號接收器203接收由信號發(fā)射模塊3發(fā)射 來的超聲波信號；電磁波信號發(fā)射器201通過電磁波信號給信號采集模塊1發(fā) 射處理過的超聲波信號。信號發(fā)射模塊3包括電磁波發(fā)射器301、超聲波發(fā)射器303和電磁波接收器302。電磁波發(fā)射器301用于給信號接收模塊2和信號采集模塊1發(fā)射電磁波信 號；超聲波發(fā)射器303用于給信號接收模塊2發(fā)射超聲波信號；電磁波接收裝 置302用于接收信號釆集器1發(fā)射來的電磁波信號。本發(fā)明所述系統(tǒng)使用前要按以下步驟進(jìn)行系統(tǒng)初始設(shè)置a) 安裝好主控機(jī)后，在軟件中配置好數(shù)據(jù)通訊的定義。使用端口和通信波特b) 將所有接收器上電，通過軟件發(fā)命令給主控機(jī)依次對其寫入代號。c) 將所有發(fā)射機(jī)上電，并處在工作狀態(tài)，通過軟件發(fā)命令給主控機(jī)依次對其 寫入代號。d) 通過軟件發(fā)命令給主控機(jī)，使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備同時(shí)跳頻。e) 將所有接收器成矩陣安裝到教室的天花板上。2個(gè)接收器間距離不得超過5米。f) 找一個(gè)合適的位置(保證直角校準(zhǔn)器上3個(gè)發(fā)射器的信號能被所有接收器 收到，并且要求3個(gè)發(fā)射器在同一水平面上)安放好直角校準(zhǔn)器。并將3個(gè) 發(fā)射器安裝到校準(zhǔn)器的3個(gè)頂點(diǎn)上。g) 控制軟件，通過直角校準(zhǔn)器上的3個(gè)發(fā)射器對天花板上的所有接收器依次定位，并保存在軟件的配置文件中。h) 系統(tǒng)測試。實(shí)施例 條件.-某教室的天花板上布置了 15個(gè)接收器，編號分別為1 15號。每個(gè)接收 器都有自己的坐標(biāo)。教室內(nèi)有一個(gè)佩帶在教師身上的發(fā)射器。定位過程1、 由信息采集器發(fā)射掃描命令，確定系統(tǒng)內(nèi)發(fā)射器和接收器的個(gè)數(shù)以及編號。過程如圖2。2、 由信息采集器發(fā)定位指令，確定對教師身上的發(fā)射器進(jìn)行定位。3、 發(fā)射器收到指令后同時(shí)發(fā)出超聲波信號和電磁波信號。4、 接收器接收到2種不同的波，并利用接收到信號的時(shí)間差計(jì)算出各個(gè)接收 器到該發(fā)射器的實(shí)際距離。5、 由軟件隨機(jī)選取3個(gè)接收器的編號及其與發(fā)射器之間的距離參數(shù)，由PC 內(nèi)讀取出這3個(gè)接收器的精確坐標(biāo)。6、 將這9個(gè)數(shù)據(jù)(相當(dāng)于上述計(jì)算公式中的x,，x2,x3，兀,h,:^a，b，c)代入上述公式，計(jì)算后，即可得到x，y的數(shù)值，從而得到該發(fā)射器在教室這個(gè)指定平 面的的具體坐標(biāo)。完成定位。 本系統(tǒng)定位精度可達(dá)到1厘米。
權(quán)利要求
1、一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面定位的系統(tǒng)，包括一個(gè)信號采集模塊(1)、至少4個(gè)信號接收模塊(2)、至少3個(gè)信號發(fā)射模塊(3)，以及相關(guān)計(jì)算軟件和外圍設(shè)備；信號采集模塊1包括電磁波信號接收器(102)、電磁波信號發(fā)射器(103)和與電腦通訊的串口通訊模塊(101)；信號接收模塊(2)包括電磁波信號接收器(202)、超聲波信號接收器(203)和電磁波信號發(fā)射器(201)；信號發(fā)射模塊(3)包括電磁波發(fā)射器(301)、超聲波發(fā)射器(303)和電磁波接收器(302)；電磁波信號接收器(102)采集來自信號接受模塊(2)和信號發(fā)射模塊(3)的電磁波信號；電磁波信號發(fā)射器(103)給信號接收模塊(2)和信號發(fā)射模塊(3)發(fā)射電磁波信號；串口通訊模塊(101)用于把收集來的數(shù)據(jù)傳給電腦做進(jìn)一步的定位數(shù)據(jù)處理；電磁波信號接收器(202)接收由信號采集模塊(1)和信號發(fā)射模塊(3)發(fā)射來的電磁波信號；超聲波信號接收器(203)接收由信號發(fā)射模塊(3)發(fā)射來的超聲波信號；電磁波信號發(fā)射器(201)通過電磁波信號給信號采集模塊(1)發(fā)射處理過的超聲波信號；電磁波發(fā)射器(301)用于給信號接收模塊(2)和信號采集模塊(1)發(fā)射電磁波信號；超聲波發(fā)射器(303)用于給信號接收模塊(2)發(fā)射超聲波信號；電磁波接收裝置(302)用于接收信號采集模塊(1)發(fā)射來的電磁波信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面 定位的系統(tǒng)，其特征在于所述的定位數(shù)據(jù)處理方發(fā)為A)在地面確定發(fā)射源 精確坐標(biāo)，通過信號發(fā)射模塊(3)分別向信號接收模塊(2)發(fā)射電磁波信號 和超聲波信號，利用接收到電磁波和超聲波兩種波的不同時(shí)間得到的時(shí)間差， 計(jì)算出發(fā)射源和接收源的距離；又已知信號發(fā)射模塊(3)的精確坐標(biāo)，就可以 得到信號接收模塊(2)在X0Y平面上的投影坐標(biāo)；B)在得到各接收源的精確 坐標(biāo)后，通過信號接收模塊(2)到某個(gè)信號發(fā)射模塊(3)間的距離，及信號 接收模塊(2)的坐標(biāo)利用公式計(jì)算得出發(fā)射源在XOY平面上的投影坐標(biāo)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面 定位的系統(tǒng)，其特征在于外圍設(shè)備為直角校準(zhǔn)器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面 定位的系統(tǒng)，其特征在于所述的信號接收模塊(2)成矩陣安裝到教室的天花 板上，并使每兩個(gè)接收模塊間距離小于等于5米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面 定位的系統(tǒng)，其特征在于所述的信號發(fā)射模塊(3)置于同一水平面，并在直 角校準(zhǔn)器的3個(gè)頂點(diǎn)上，以保證直角校準(zhǔn)器上3個(gè)信號發(fā)射模塊(3)發(fā)射的信 號能被所有信號接收模塊接收到。
全文摘要
一種依靠兩種不同波速的波在小空間內(nèi)完成平面定位的系統(tǒng)，其設(shè)備包括一個(gè)與外圍設(shè)備非電性連接的，能向系統(tǒng)內(nèi)各外圍設(shè)備發(fā)射信號或接收系統(tǒng)內(nèi)各外圍設(shè)備信號，并能對信號進(jìn)行處理的信號采集模塊；至少4個(gè)能識別信號是否存在、信號的類別，以及對相關(guān)附屬信息加以處理，并把處理好的數(shù)據(jù)傳輸給信號采集器的信號接收模塊；至少3個(gè)將信號發(fā)出并能接收信號采集器的識別命令的信號發(fā)射模塊；若干外圍設(shè)備和相關(guān)計(jì)算軟件。和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有操作簡單、定位方位全，反應(yīng)時(shí)間短，定位精度高，攜帶方便，可實(shí)現(xiàn)三維定位等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01S5/00GK101149430SQ200610116190
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者襲普照 申請人:上海卓越睿新信息技術(shù)有限公司