連續(xù)超聲波位置跟蹤器的設(shè)計原理及其在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的應(yīng)用實現(xiàn)
3.測距原理
在充分權(quán)衡傳統(tǒng)T.O.F方法、相位差法和多普勒頻移法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,本文提出了一種新的測距方案:用一個音頻信號TM調(diào)制超聲載波TU,由超聲波換能器發(fā)射振幅被調(diào)制的連續(xù)式超聲波.接收器的輸出信號經(jīng)過解調(diào)后得到調(diào)制信號RM,接收調(diào)制信號RM與發(fā)射調(diào)制信號TM之間的相位差ΔΦM正比于發(fā)射器到接收器之間的距離L.只要調(diào)制信號的頻率足夠低,使得它的波長大于最大測距范圍,相位差ΔΦM就一定小于2π.利用數(shù)字鑒相器測量ΔΦM,設(shè)聲音在空氣中的傳播速度為v,數(shù)字鑒相器的插值頻率為f1,鑒相器的計數(shù)結(jié)果為NM,則距離L1為:
L1=NMv/f1 (7)
但由于音頻調(diào)制信號的頻率較低,相位差ΔΦM的測量精度受到數(shù)字鑒相器分辨力和其它信號處理電路分辨力的限制,導(dǎo)致L的分辨力受到限制.為此,在保證L1的分辨率高于超聲載波波長λc的前提下,從接收到的AM調(diào)制信號中提取載波信號RU,用數(shù)字鑒相器測量發(fā)射載波信號TU和接收載波信號RU之間的ΔΦC,數(shù)字鑒相器的插值頻率為f2,鑒相器的計數(shù)結(jié)果為NC,則距離L可以表示為:
L=int(L1/λC)+NCv/f2
其中int(L1/λC)表示L1/λC的取整運算 (8)
和傳統(tǒng)的連續(xù)超聲波相位差測距法相比較,上述連續(xù)調(diào)幅超聲波測距法不僅繼承了測量范圍大、刷新頻率高、測距精度高等優(yōu)點,而且克服了處理電路復(fù)雜和需要粗測基準(zhǔn)的缺點.它也不同于音頻測距法,不會受到環(huán)境聲音的干擾,也不會造成環(huán)境聲音污染.
三、跟蹤器設(shè)計
1.測距單元設(shè)計
測距單元由超聲波發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩個模塊構(gòu)成,兩個模塊的原理框圖如圖2和圖3所示.
圖2 發(fā)射器電路原理框圖 圖3 接收器電路原理框圖 數(shù)字鑒相器的工作波形如圖4所示. 相關(guān)推薦技術(shù)專區(qū)
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