[发明专利]基于声波相位的测距方法、测距系统及三维空间定位系统

权利要求书

1.一种基于声波相位的测距方法，其特征在于包括如下步骤：

⑴在移动设备与声源之间实现声波的相位同步；

⑵测量所述移动设备与所述声源之间的声波相位差，获得两者之间的距离，

其中，所述步骤⑴中，对移动设备的接收信号v₀进行带通滤波，使v₀中具有ω′频率的信号通过，得到信号v₀′；基于信号v₀′产生正交信号q₁v₀′和q₂v₀′；在相位检测环节中利用自动控制模块的输出ω″作为输入，对q₁v₀′和q₂v₀′中频率为ω″的载波进行相位检测，得到正交的相位信号d₁v₀′和d₂v₀′；利用反正切变换解调d₁v₀′和d₂v₀′中的相位信息，得到当前v₀′中ω′频率信号的当前相位θ；利用频率值ω和当前相位θ作为输入，动态调整估计值ω′使θ在0附近趋于稳定，实现移动设备与声源之间的相位同步，

所述正交信号通过信号延时1/4个周期实现；或者，通过希尔伯特变换实现；或者，通过二阶广义积分器实现，

其中，所述相位检测是将输入信号与其正交信号相乘，经过低通滤波器后得到信号的相位信息；或者，利用自动控制模块的输出ω″作为输入，采用Park变换的方法对q₁v₀′和q₂v₀′中频率为ω″的载波进行相位检测，得到正交的相位信号d₁v₀′和d₂v₀′。

2.如权利要求1所述的测距方法，其特征在于：

所述步骤⑴中，利用信号传输线直接连接移动设备与声源，实现所述移动设备与所述声源之间的相位同步。

3.如权利要求1所述的测距方法，其特征在于所述移动设备与所述声源之间的距离R_d通过如下公式获得：

其中，R₀为初始位置的距离，v_s代表当前环境下声波的传播速度，ω′代表声波的角频率，Δθ为声波相位差。

4.如权利要求3所述的测距方法，其特征在于所述声波相位差Δθ通过如下公式获得：

Δθ＝2πk+θ₁

其中，θ₁是相位在当前周期内的值与初始相位θ₀的差，k为相位卷绕的次数。

5.如权利要求4所述的测距方法，其特征在于所述相位卷绕的次数k通过如下步骤获得：

首先将接收的每一帧的信号送入一个滑动数据窗口；在该滑动数据窗口内，检测是否存在波峰和波谷；如果存在，则记录波峰和波谷的位置，如果滑动数据窗口内同时存在波峰和波谷，并且所述波峰和波谷在之前的滑动数据窗口内未被检测，则根据所述波峰和波谷的位置判断k值是增加1还是减少1，否则k值保持不变；其中，如果波峰在波谷之前，则k值加1；如果波峰在波谷之后，则k值减1，然后标记所述波峰和波谷已经被检测。