一種物流車無線紅外超聲聯合測距定位系統的制作方法
【專利說明】
[0001]一、
技術領域
本發明涉及一種無人駕駛物流車定位系統，該系統涉及一種無線、紅外和超聲聯合測距定位技術。
[0002]二、
【背景技術】
自主導引物流車(AutononlouS Guide Vellicle, AGV)是現代化物流系統的重要運輸工具，在港口、碼頭和倉庫等領域中的有廣泛應用。自主導引物流車的核心技術是物流車的定位與導航技術，其研究越來越受到重視。
[0003]現有的定位系統包括GPS、北斗定位系統、移動網絡定位等等，已經得到廣泛的應用，但是以上技術在室內無法應用，定位技術精度也無法滿足室內無人駕駛物流車導航需要求。隨著技術的發展，室內定位技術受到廣泛的重視，現有的室內定位方法包括利用無線電、超聲波、紅外、超寬帶等媒介，采用 TOA (Time of Arrival)、TD0A (Time Difference ofArrival )、A0A (Angle of Arrival )、RSSI (Received Signal Strength Indictor)等方法來實現定位服務。
[0004]本發明討論的主要是類似物流車等園區移動節點的測距與定位系統。在這種定位系統中的節點分為兩類:定位節點和移動節點。定位節點事先被布置好，數量多，定位節點接收移動節點發出的紅外編碼信號、超聲脈沖信號，并通過無線網絡把所測“移動節點與定位節點的距離”發送到移動節點；移動節點發射紅外編碼脈沖信號和超聲脈沖信號，并通過無線網絡接收多個定位節點所測“定位節點與移動節點距離”信息，這些信息加以處理就可確定移動節點的位置。
[0005]現有很多超聲定位系統(如:專利號為CN 1841086A的超聲定位系統)多數是采用定位節點發射超聲脈沖，移動節點接收超聲脈沖，在此類定位系統中，一般定位節點很多，移動節點少，往往移動節點可能同時收到多個定位節點發出超聲脈沖信號，而形成干擾，所以需要設計復雜的分時或碼分防碰撞編碼算法，解決多個超聲脈沖相互干擾的問題。同時，一個定位節點不論覆蓋區內是否有移動節點，所有定位節點需要不停地間斷發射超聲信號，能耗很大。
[0006]而本專利所設計的系統，超聲脈沖信號是從移動節點發出，正需要多個定位節點同時接收到同一移動節點發出的紅外、超聲脈沖信號，為防止一個定位節點同時接收多個移動節點發出的紅外、超聲測距脈沖信號，要求移動節點的紅外、超聲信號覆蓋范圍較小。當一個覆蓋區內只有一個移動節點時，就不存在信號沖突，覆蓋區外的移動節點可以同時發射紅外和超聲脈沖信號，而不會相互干擾；當同一覆蓋區內多于一個移動節點時，簡單通過無線網調度分時發射紅外超聲信號即可。所以大大簡化碰撞算法，提高了紅外超聲信道的利用效率。
[0007]定位節點所測得的距離數據通過無線網絡發給移動節點，無線網絡信號的沖突問題有很多現成技術可利用。因需要傳輸的距離數據的量很少，只要一個園區內移動節點數量相對較少，該問題很容易解決。也可以降低無線發射功率和接收靈敏度，把無線網作用域控制在比紅外超聲作用域稍大區域，在一個園區內，即便有多個移動節點，也可進一步降低無線網信道碰撞幾率。
[0008]與專利號CN 1841086A所設計的超聲定位系統比較，利用本專利所設計的系統，對紅外和超聲信號采用自然空分多址覆蓋，無需采用信道隨機碰撞檢測的方法，大大簡化了定位節點和移動節點軟硬件發雜度。
[0009]本專利主要探討超聲定位系統在三維空間中的位置，其中一個維度(高度是固定的)，實際已轉化為二維平面問題，本專利超聲定位系統一個超聲覆蓋區的定位范圍在幾十米的局部范圍內，定位精度可達厘米級。
[0010]三、
【發明內容】
本發明針對現有園區自主導引物流車的定位與導航技術定位測距精度不高、專利號CN1841086A所設計的超聲定位系統軟硬件設計復雜和能耗效率不高等問題，提出了一種基于無線、紅外和超聲聯合的主從式定位與導航系統。該系統包括:一個中心調度控制站，若干定位節點和待測位置坐標的移動節點。中心控制調度站負責調度移動節點發送超聲脈沖信號的時刻，以防止同一時刻多個移動節點在同一區域內發射超聲脈沖信號，從而產生信號沖突的情況。
[0011]在本發明所設計的系統中，移動節點發射紅外超聲脈沖信號，多個定位節點接收紅外超聲信號。定位節點通過計算紅外超聲信號到達的時間差結合溫度補償的因素，計算出其與移動節點的距離，并將該距離信息通過無線網絡發送到待定位的移動節點。對紅外和超聲信號采用自然空分多址覆蓋，無需采用信道隨機碰撞檢測的方法，大大簡化了定位節點和移動節點軟硬件發雜度。
[0012]在本發明中，針對定位節點同時接收多個不同移動節點發射的紅外超聲信號引起的定位信息沖突的問題，提出了一種解決方案。該方案內容如下所述:將移動節點的紅外，超聲信號覆蓋范圍控制在較小的范圍內。當一個覆蓋區內只有一個移動節點時，就不存在信號沖突，覆蓋區外的移動節點可以同時發射紅外和超聲脈沖信號，而不會相互干擾；當同一覆蓋區內多于一個移動節點時，簡單通過無線網調度分時發射紅外超聲信號即可。此種方法大大簡化碰撞算法，提高了紅外超聲信道的利用效率。
[0013]四、
【附圖說明】
圖1物流車無線紅外超聲聯合測距定位系統結構圖；
圖2物流車無線紅外超聲聯合測距定位系統平面布局圖；
圖3定位系統移動節點與定位節點幾何關系圖；
圖4定位節點分布平面示意圖；
圖5紅外超聲復合收發器收發立體角計算示意圖。
[0014]五、具體實施方法
為了使本發明的目的、技術方案及優點更