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超声波定位系统的原理与应用 Pr in c iple an d A ppl ica t ion of Superson ic L oca t ion Sy stem ● 王 富 东 W ang Fu dong 1　基本原理 在很大程度上影响了其实际使用的效果。方案 已经获得广泛应用的无线电定位系统的基 2: 在空间的某些固定位置上设立超声波发射 ( ) 本原理是通过接收几个固定位置的发射点的无 装置, 主体上设立接收器 反之亦可 。分别测 线 电波, 从而得到主体到这几个发射点的距 量主体到各发射点的距离, 经过计算后便可得 离, 经计算后即可得到主体的位置。超声波定 到主体的位置。由于超声波的传播具有一定的 位的原理与此相仿, 只不过由于超声波在空气 发散性及绕射作用, 这种方法所受到的空间条 中的衰减较大, 它只适用于较小的范围。 件限制较少。即使在主体与发射点之间有障碍 超声波在空气中的传播距离一般只有几十 物, 只要不完全阻断超声波的传播系统仍然可 米。短距离的超声波测距系统已经在实际中有 以工作。故本文重点介绍这种方法。发射点的 所应用, 测距精度为厘米级。超声波定位系统 位置通常按直角方位配置。以三维空间为例, 可在坐标原点及 ( , 0, 0) , (0, , 0) 三个 可用于无人车间等场所中的移动物体定位。其 X Y 具体实现可有两种方案。 位置布置发射点如图2 所示。 方案 1: 在三面有墙壁的场所, 利用装在主 体上的反射式测距系统可以测得主体到三面墙 壁的距离。如果以三面墙壁的交点为原点建立 直角坐标系, 则可直接得到主体的三个直角坐 标如图 1 所示。 图2　距离与坐标换算 主体坐标 (x , y , z ) 到三个发射点的距离分别 为L 1 , L 2 , L 3 , 由距离计算坐标的原理如下: 　　由图2 可得如下三角关系: 图 1　利用三面垂直的墙壁进行定位 　　 2 + 2 + 2 = 2 ( 1) X Y Z L 1 　　 ( - ) 2 + 2 + 2 = 2 (2) X x Y Z L 2 　　这种方案在实际应用中要受到某些限制。 　　 2 + ( - ) 2 + 2 = 32 (3) X Y y Z L 首先, 超声波传感器必须与墙面基本保持垂 　　求解上列方程可得: 直。其次墙壁表面必须平整, 不能有凸出和凹 (