[发明专利]利用多频声波进行三维多运动目标定位的方法与装置

权利要求书

1.利用多频声波进行三维多运动目标定位的方法，其特征在于根据目标点发射的测量信号和接收点接收的测量信号的动态多普勒频率偏移和相位差计算出目标点离各个接收点的距离，再通过三维空间几何的计算，得到目标点在参考坐标系的三维坐标，所述接收点为固定点且个数不少于四个，其中有四个接收点不在同一平面内；所述目标点发射的测量信号为一个或多个频率不同的声波；所述接收点为固定点且个数不少于三个，其中有三个接收点不在同一条直线上；所述测量信号的频率范围包括次声波频、声波频和超声波频；将所述测量信号调制到超声波频段，以超声波的方式发射，根据接收点接收并解调后的测量信号的动态多普勒频率偏移和相位差计算出目标点离各个接收点的距离；

当测量信号为多个频率不同的声波时，用次声波频或声波频测量信号测量目标点的初步位置，用声波频或超声波频测量目标点的精确位置；

当测量信号为次声频和声频两个频率构成时，次声频用于初步测量目标点的位置范围，声频用于测量目标点的精确定位：设次声频测量信号的波长是λ₀，由次声频确定目标的初步距离为l₀，声频测量信号的波长是λ₁，用该声频测量信号确定目标的精确距离为l＝kλ₁+l₁，l₁由发射和接收到测量信号的多普勒频移和相差计算得到，k由初步距离l₀和声频测量信号波长λ₁确定， 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当目标点静止时，目标点发射的测量信号和接收点接收到的测量信号分别为s(t)＝Acos(2πf₀t)和 其中f₀是发射测量信号频率， 是相位差，A、B为已知常数，根据数字信号处理理论，计算出相位差 为： 为两个序列的互相关操作；则此刻该静止目标点离接收器的距离为：

目标点与一个接收点的距离计算如下：设t时刻一个运动目标点位于a点，该点离接收点i的距离为l_i0，在Δt时间内，目标由a点运动b点，目标在Δt时间内的运动视为匀速运动，设发射的测量正弦信号为：s(t)＝Acos(2πf₀t)，接收到的测量信号为： 其中f₀是发射测量信号频率， 是相位差，A、B为已知常数；在给定的时间Δt内，运动到b点的目标点离接收器i的距离为：

l_i＝l_i0+v_i·Δt， 

v_i为目标的运动速度；那么接收到信号 表示成：

λ是测量信号的波长；根据接收到的测量信号可以计算出该信号的频率f_i，则该测量信号的多普勒频移Δf＝f₀-f_i，那么该目标在Δt时间内的运动速度为：v_i＝Δf·λ，则此刻在b点的目标点与接收点之间距离为：l_i＝l_i0+Δf·λ·Δt。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述三维空间几何的计算具体为在三维空间内，若确定了一个目标点与不在同一平面内的四个固定点的距离，则这个目标点的三维坐标就唯一确定：设空间有四个不在同一平面上的固定点d₁、d₂、d₃和d₄，其空间三维坐标分别为(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)和(x₄，y₄，z₄)，且目标点d距离四个参考点的距离分别为l₁、l₂、l₃和l₄，那么这个目标的坐标(x，y，z)满足下面方程组：

通过上述方程组可得到目标点的唯一三维坐标(x，y，z)，当目标点在一个二维平面内运动时，上述公式中的z₁＝z₂＝z₃＝z，只需要三个方程就可解出目标的坐标(x，y)。