CN108398573A

CN108398573A - 速度测量方法、***和无人船

Info

Publication number: CN108398573A
Application number: CN201810160078.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shenzhen Zhen Di Information Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhen Di Information Technology Co Ltd
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-08-14

Abstract

本发明实施例提供一种速度测量方法、***和无人船，在被测移动物体上间隔设置伸入到流体中的第一测量装置和第二测量装置，该方法包括：获取第一测量装置接收到的第二测量装置发出的声波的第一声波变量；获取第二测量装置接收到的第一测量装置发出的声波的第二声波变量；结合第一声波变量和第二声波变量确定被测移动物体相对流体的速度，以实现对移动物体相对流体的速度的准确测量。

Description

速度测量方法、***和无人船

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种速度测量方法、***和无人船。

背景技术

智能化一直是船舶发展的趋势，近年来，随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术的突飞猛进，船舶自动化水平不断提高，无人驾驶船艇(无人船)的实现有了科技支撑。

目前，对无人船的航行控制的过程中往往需要实现对无人船位置的定位，而无人船的位置定位的一种前提是，获知无人船相对介质比如水流的速度，尤其是在静止水流中，无人船相对水流的速度即为无人船相对地面的速度。

因此，以上述无人船为例的移动物体在流体比如水流中移动的场景中，实现移动物体相对流体的速度的准确测量，对于诸如移动物体定位等应用具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种速度测量方法、***和无人船，用以实现移动物体相对流体的速度的准确测量。

第一方面，本发明实施例提供一种速度测量方法，在被测移动物体上间隔设置伸入到流体中的第一测量装置和第二测量装置，所述方法包括：

获取所述第一测量装置接收到的所述第二测量装置发出的声波的第一声波变量；

获取所述第二测量装置接收到的所述第一测量装置发出的声波的第二声波变量；

结合所述第一声波变量和所述第二声波变量确定所述被测移动物体相对所述流体的速度。

第二方面，本发明实施例提供一种速度测量***，包括：

在被测移动物体上间隔设置的伸入到流体中的第一测量装置和第二测量装置，以及处理器；

所述处理器用于获取所述第一测量装置接收到的所述第二测量装置发出的声波的第一声波变量；获取所述第二测量装置接收到的所述第一测量装置发出的声波的第二声波变量；结合所述第一声波变量和所述第二声波变量确定所述被测移动物体相对所述流体的速度。

第三方面，本发明实施例提供一种无人船，用于水面或水下检测，至少包括第二方面所述的速度测量***。

本发明实施例提供的速度测量方法、***和无人船，在被测移动物体上间隔设置的伸入到流体中的第一测量装置和第二测量装置，第一测量装置发出的声波会被第二测量装置接收，第二测量装置发出的声波会被第一测量装置接收，具体地，第一测量装置和第二测量装置分别对应于声波的顺流和逆流传播方向。从而，当获取到第一测量装置接收到的第二测量装置发出的声波的第一声波变量以及第二测量装置接收到的第一测量装置发出的声波的第二声波变量后，结合表征声波在流体中传播特征的第一声波变量和第二声波变量可以准确确定出被测移动物体相对流体的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的速度测量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的速度测量方法的一种应用场景的示意图；

图3为本发明实施例提供的速度测量***的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。

另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。

图1为本发明实施例提供的速度测量方法的流程图，该速度测量方法可以由设置在被测移动物体上的处理器来执行。如图1所示，该方法包括如下步骤：

101、获取第一测量装置接收到的第二测量装置发出的声波的第一声波变量。

102、获取第二测量装置接收到的第一测量装置发出的声波的第二声波变量。

103、结合第一声波变量和第二声波变量确定被测移动物体相对流体的速度。

在一可选实施例中，如图2所示，第一测量装置和第二测量装置的设置情况可以是：第一测量装置和第二测量装置分别设置在被测移动物体的相对两侧，并且前后错位设置，比如第一测量装置设置在被测移动物体的左前侧某位置处，第二测量装置设置在被测移动物体的右后侧位置处。可以理解的是，第一测量装置和第二测量装置可能不是直接设置在被测移动物体表面，而是通过某连接件与被测移动物体连接。被测移动物体比如可以是无人船或其他在流体中移动的物体，流体可以是水流。

可选地，第一测量装置和第二测量装置可以都为超声波收发器，比如图2中示意的第一超声波收发器(T1，R1)和第二超声波收发器(T2，R2)，其中，T1和T2分别为超声波发射器，R1和R2分别为超声波接收器。此时，随着被测移动物体的移动，第一超声波收发器中的T1发射的超声波会被第二超声波收发器中的R2接收，相反地，第二超声波收发器中的T2发射的超声波会被第一超声波收发器中的R1接收。此时，可以分别在第一超声波收发器侧和第二超声波收发器侧进行接收到的超声波的相关变量的测量，也就是说，可以获取第一测量装置接收到的第二测量装置发出的声波的第一声波变量以及第二测量装置接收到的第一测量装置发出的声波的第二声波变量，以便结合第一声波变量和第二声波变量进行被测移动物体相对流体的速度的确定。

在一可选实施例中，当第一测量装置和第二测量装置为图2所示的超声波收发器时，此时获得的第一声波变量和第二声波变量分别为第一接收时间和第二接收时间，即R1接收到T2发射的超声波的时间和R2接收到T1发射的超声波的时间。

此时，被测移动物体相对流体的速度的推导过程为：

假设静止流体中超声波的传播速度为c，被测移动物体相对流体的速度为v，两个超声波收发器之间的距离为L，当超声波的传播方向与被测移动物体的运动方向一致时，超声波在流体中的传播速度为c+v,当超声波的传播方向与被测移动物体的运动方向相反时，超声波在流体中的传播速度为c-v。在图2所示场景下，T1发射的超声波到达R2的时间t1＝L/(c+v)，T2发射的超声波到达R1的时间t2＝L/(c-v)。由于超声波的传播速度远远大于被测移动物体相对流体的速度，即c>>v，因此，两者的时间差Δt＝t2-t1＝2Lv/c²。由此可知，被测移动物体相对流体的速度v可以根据如下公式确定：

v＝Δt*c²/2L；

其中，c为声波在流体中的预设传播速度，L为第一测量装置和第二测量装置的距离，Δt为第一接收时间和第二接收时间的时间差。

因此，只要测出时间差Δt，即可根据上述公式得到v，因为L和c均为已知量。而时间差Δt可以通过在R1接收到超声波时进行计时以及R2在接收到超声波时进行计时，对两个计时时间求差值即可得到。

上述通过测量Δt进行v的确定的方式可以称为时差法，除此之外，可选地，还可以通过相差法、频差法进行v的确定。

在采用相差法进行v的确定的实施例中，第一测量装置和第二测量装置同样可以是如图2中所示的超声波收发器的设置情形，只是此时，第一声波变量和第二声波变量分别为第一相位和第二相位，即R1接收到T2发射的超声波的相位以及R2接收到T1发射的超声波的相位。因为在实际应用中，如果T1和T2发射的是连续超声脉冲或者周期较长的超声脉冲信号，则在R1和R2处所接收到的超声波之间便会产生相位差Δo。Δo＝w*Δt＝2wLv/c²。由此可知，被测移动物体相对流体的速度v＝Δo*c²/2wL；

其中，Δo为第一相位和第二相位的相位差，w为第一测量装置和第二测量装置发出的预设超声波角频率，即T1和T2发射的超声波的角频率，为已知量。因此，只需在R1和R2处分别得到各自收到的超声波的相位即可实现v的确定。

在采用频差法进行v的确定的实施例中，可选地，第一测量装置可以为多普勒测速仪，第二测量装置为反弹装置，该反弹装置可以是表面可以对超声波进行反射、散射的物体。假设多普勒测速仪发射预设频率f0的声波，该声波在流体中传播，被第二测量装置接收时的声波频率为f1，即第二声波变量为反弹装置接收到的多普勒测速仪发射的声波的频率f1，此时，f1＝f0*(c-v)/c。反弹装置继而会对接收到的声波进行反射、散射，此时，多普勒测速仪接收到其反射、散射的声波的频率为f2，即第一声波变量为多普勒测速仪接收到的反弹装置反弹出的声波的频率f2，此时，f2＝f1*c/(c+v)。从而，由上述f1和f2的表达式可以确定被测移动物体相对流体的速度v为：v＝c*(f0-f2)/(f0+f2)。由此可知，只要测量出多普勒测速仪接收到的声波的频率f2即可确定v，因为c和f0为已知量。

综上，通过在被测移动物体上间隔设置的伸入到流体中的第一测量装置和第二测量装置，第一测量装置发出的声波会被第二测量装置接收，第二测量装置发出的声波会被第一测量装置接收，具体地，第一测量装置和第二测量装置分别对应于声波的顺流和逆流传播方向。从而，当获取到第一测量装置接收到的第二测量装置发出的声波的第一声波变量以及第二测量装置接收到的第一测量装置发出的声波的第二声波变量后，结合表征声波在流体中传播特征的第一声波变量和第二声波变量可以准确确定出被测移动物体相对流体的速度。

图3为本发明实施例提供的速度测量***的结构示意图，如图3所示，该***包括：

在被测移动物体上间隔设置的伸入到流体中的第一测量装置11和第二测量装置12，以及处理器13；其中，

所述处理器13用于获取所述第一测量装置11接收到的所述第二测量装置12发出的声波的第一声波变量；获取所述第二测量装置12接收到的所述第一测量装置11发出的声波的第二声波变量；结合所述第一声波变量和所述第二声波变量确定所述被测移动物体相对所述流体的速度。

可选地，所述第一测量装置11和所述第二测量装置12均为超声波收发器，所述第一声波变量和所述第二声波变量分别为第一接收时间和第二接收时间；以及，所述处理器13具体用于：

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

v＝Δt*c²/2L；

其中，c为声波在所述流体中的预设传播速度，L为所述第一测量装置和所述第二测量装置的距离，Δt为所述第一接收时间和所述第二接收时间的时间差。

可选地，所述第一测量装置11和所述第二测量装置12均为超声波收发器，所述第一声波变量和所述第二声波变量分别为第一相位和第二相位；以及，所述处理器13具体用于：

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

v＝Δo*c²/2wL；

其中，c为声波在所述流体中的预设传播速度，L为所述第一测量装置和所述第二测量装置的距离，Δo为所述第一相位和所述第二相位的相位差，w为所述第一测量装置和所述第二测量装置发出的预设超声波角频率。

可选地，所述第一测量装置11为多普勒测速仪，所述第二测量装置12为反弹装置，所述多普勒测速仪发射预设频率f0的声波，所述第二声波变量为所述反弹装置接收到的所述多普勒测速仪发射的声波的频率f1，所述第一声波变量为所述多普勒测速仪接收到的所述反弹装置反弹出的声波的频率f2；以及，所述处理器13具体用于：

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

f1＝f0*(c-v)/c；

f2＝f1*c/(c+v)；

其中，c为声波在所述流体中的预设传播速度。

图3所示***可以执行前述实施例的方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对前述所示实施例的相关说明。该技术方案的执行过程和技术效果参见前述所示实施例中的描述，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种无人船，用于水面或水下检测，其中，该无人船包括图3所示的速度测量***。

可以理解的是，该无人船即可以作为图3所示实施例中的被测移动物体。

可选地，所述第一测量装置和所述第二测量装置分别设置在无人船的相对两侧，并且前后错位设置。实际应用中，第一测量装置可以固定设置在某连接件的一端，该连接件的另一端固定连接在无人船船体上，同理，第二测量装置可以固定设置在另一连接件的一端，该连接件的另一端固定连接在无人船船体上，并且这两个连接件在船体上的连接位置位于无人船的相对两侧，且前后错位设置。当然，第一测量装置和第二测量装置也可以被直接设置在无人船的船底下表面的相对两侧，前后错位设置。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件和软件结合的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机产品的形式体现出来，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种速度测量方法，其特征在于，在被测移动物体上间隔设置伸入到流体中的第一测量装置和第二测量装置，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量装置和所述第二测量装置均为超声波收发器，所述第一声波变量和所述第二声波变量分别为第一接收时间和第二接收时间；

所述结合所述第一声波变量和所述第二声波变量确定所述被测移动物体相对所述流体的速度，包括：

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

v＝Δt*c²/2L；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量装置和所述第二测量装置均为超声波收发器，所述第一声波变量和所述第二声波变量分别为第一相位和第二相位；

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

v＝Δo*c²/2wL；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量装置为多普勒测速仪，所述第二测量装置为反弹装置，所述多普勒测速仪发射预设频率f0的声波，所述第二声波变量为所述反弹装置接收到的所述多普勒测速仪发射的声波的频率f1，所述第一声波变量为所述多普勒测速仪接收到的所述反弹装置反弹出的声波的频率f2；

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

f1＝f0*(c-v)/c；

f2＝f1*c/(c+v)；

其中，c为声波在所述流体中的预设传播速度。

5.一种速度测量***，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述第一测量装置和所述第二测量装置均为超声波收发器，所述第一声波变量和所述第二声波变量分别为第一接收时间和第二接收时间；以及，所述处理器具体用于：

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

v＝Δt*c²/2L；

7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述第一测量装置和所述第二测量装置均为超声波收发器，所述第一声波变量和所述第二声波变量分别为第一相位和第二相位；以及，所述处理器具体用于：

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

v＝Δo*c²/2wL；

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述第一测量装置为多普勒测速仪，所述第二测量装置为反弹装置，所述多普勒测速仪发射预设频率f0的声波，所述第二声波变量为所述反弹装置接收到的所述多普勒测速仪发射的声波的频率f1，所述第一声波变量为所述多普勒测速仪接收到的所述反弹装置反弹出的声波的频率f2；以及，所述处理器具体用于：

根据如下公式确定所述被测移动物体相对所述流体的速度v：

f1＝f0*(c-v)/c；

f2＝f1*c/(c+v)；

其中，c为声波在所述流体中的预设传播速度。

9.一种无人船，用于水面或水下检测，其特征在于，包括权利要求5至8任一项所述的速度测量***。

10.根据权利要求9所述的无人船，其特征在于，所述第一测量装置和所述第二测量装置分别设置在所述无人船的相对两侧，并且前后错位设置。