移动障碍物检测方法及实现技术的研究

作     者：任庆桦 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡仁杰

授予年度：2016年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：超声波测距 目标跟踪 改进扩展卡尔曼滤波 移动障碍物检测系统 

摘      要：中国是世界上盲人数量最多的国家,如何安全行走是盲人日常生活中最大的问题。路面探测、障碍识别和轨迹跟踪一直以来都是导盲研究领域的关键技术,也是盲人进行避障的前提,因此移动障碍物的检测具有重要的研究价值与工程意义。传统的目标定位跟踪研究基本上都采用多个传感器的组合测量方式,但始终存在传感器间的测量值不一致以及相互干扰等问题,并且只能应用在特定的场景下。论文在使用单个超声波传感器的基础上,提出了移动障碍物检测方法并对扩展卡尔曼滤波器实现改进,重点研究了以下几个方面：1.分析探测量程与声波频率、波束角与换能器辐射面积的关系并选取超声波传感器KS109进行测距;在三种典型目标跟踪算法的基础上提出两种移动障碍物检测方法。前一种结合EKF算法仿真分析云台间距对跟踪效果的影响;后一种对EKF算法进行改进并提出“集合EKF滤波器,通过仿真验证检测方法的可行性和改进算法的性能。2.对移动障碍物检测系统进行模块化设计,包括硬件与软件设计两部分。硬件部分说明各模块的工作原理和使用方法;软件部分以主程序为框架,阐述四个功能子程序的工作流程。结合实际工程意义,确定采取单云台的检测方式,并进行细微的调整。3.搭建实验平台,详细地研究KS109的测量精度和探测范围,并对静止障碍物进行定位和移动障碍物进行检测。实验结果验证了检测系统具有较高的测量精度和稳定的工作性能,能够实现对移动障碍物的定位与跟踪。