胡森康 徐 铮 刘 伟 史庆藩

(北京理工大学物理实验中心,北京 100081)

随着社会各行各业的快速发展,人们对定位与导航的需求日益增大,其中不仅包含室外环境,也包含复杂的室内环境。在复杂的室内环境下,常常需要确定各种设施与物品的位置信息。但是受制于室内障碍物对信号的屏蔽,以及定位所需的极高精度,常见的GPS定位技术难以应用到室内环境中。因此,专家学者提出了许多室内定位技术解决方案,如红外线技术、蓝牙技术、射频识别技术、Wi-Fi技术和超声波技术[1-5]等等。

在这几种解决方案中,相比之下超声波拥有着良好的物理特性,所以适合应用到室内定位中去。超声波的频率高,波长短,绕射现象小,传播速度慢,传播能量较为集中[6];超声波还可以穿透固体和液体;且超声波对外界光线和电磁场不敏感,因此可用于黑暗、灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中[7-9]。因此我们在现有超声波技术理论基础上提出并实现了一种室内超声波定位方法和系统。

本装置核心部件由四个超声波接收器和一个超声波发射器以及两个控制模块组成,超声波发射器作为被定位物体,通过测量被定位物体到四个超声波接收器之间的距离,进而计算出被定位物体的空间坐标。本实验装置经实验验证具有很高的准确度和稳定性,能满足各种室内定位需求,而且能对物体进行实时定位,并可以实现测速,导航等功能。

1 工作原理

超声波定位系统利用3个超声波接收传感器即可实现物体的空间定位,但考虑到需要获得更高的精度,因此采用了4 个超声波接收传感器。……