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基于无串扰超声测距系统的室内环境建模

基于无串扰超声测距系统的室内环境建模

作者：边旭东天津大学

学位级别：硕士

随着移动机器人工作领域的不断扩大，对机器人的智能化与自主化能力提出了新的要求，即能在未知环境中执行任务的能力。这就要求移动机器人首先能够将未知的环境进行建模，创建环境地图。本文给出了利用无串扰超声测距系统进行室内环境... 详细信息

随着移动机器人工作领域的不断扩大，对机器人的智能化与自主化能力提出了新的要求，即能在未知环境中执行任务的能力。这就要求移动机器人首先能够将未知的环境进行建模，创建环境地图。本文给出了利用无串扰超声测距系统进行室内环境建模的方法与实现方案。为了实现无串扰测距，本文设计了基于FPGA的无串扰超声测距系统。首先，选择了Gold序列结合二值频移键控（BFSK）调制的方式来激励超声换能器;FPGA程序中采用了过零极化相关算法来处理回波信号以捕获渡越时间，减小了运算量，提高了系统实时性;搭建了测距系统的硬件平台，包括了六路超声收发一体电路和信号调理电路，RS-232通讯模块电路以便于上位机采集测距信息等。为了实现无串扰超声测距系统在环境内进行360°全方位扫描，设计了特殊的超声换能器阵列，并使用步进电机来带动该阵列进行旋转扫描。在使用超声测距系统进行环境扫描的过程中，FPGA控制器通过串口通信将超声测距信息传送到上位机并存储在文件中。对采集到的测距信息进行以下处理，包括坐标变换，将其转换为全局坐标系下的坐标;数据预处理，利用BP神经网络对障碍物进行分类，预先判断超声数据点来自平面还是直角的反射;然后提取等距区域。本文分别建立了几何特征地图和栅格地图。在几何特征地图方面，使用了改进后的基于三角测量法的数据融合算法来对直角模型进行坐标估计，得到了更为准确的直角坐标;对来自平面的超声数据点使用最小二乘法进行直线拟合，提高了几何特征地图的准确性。在栅格地图方面，将超声数据信息使用到贝叶斯估计算法中去，并利用几何特征地图中利用算法估算的直角坐标点来提高栅格地图的精度。最后，将几何特征地图与栅格地图进行比较，在真实的导航中可以考虑将两种地图结合使用。

关键词：超声测距现场可编程门阵列编码环境建模贝叶斯估计

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基于单片机的超声测距系统

基于单片机的超声测距系统

作者：操文祥安徽大学

学位级别：硕士

本文详细介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声测距系统。该系统是以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离。本系统安装使用方便，价格便宜，并可与遥测遥控系统配合使用，有较广阔的应用... 详细信息

本文详细介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声测距系统。该系统是以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离。本系统安装使用方便，价格便宜，并可与遥测遥控系统配合使用，有较广阔的应用前景。超声测距系统的设计原理以达到更优的系统性能为目的。为适合不同的测距范围，单片机设置了远近两种发射模式，即近距离测量时使用8个脉冲串，远距离测量时使用32个脉冲串来增强回波信号，根据回波信号特点得到了最佳接收机的组成。论文概述了超声波检测的发展及基本原理，介绍超声传感器的工作机理及特性，对于影响测距系统的一些主要参数进行了讨论。并且在介绍超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证。进一步介绍了AT89S51单片机在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。最后给出了室内实验结果及误差分析。最后利用测距系统进行验证。实验表明，各主要波形及技术指标均达到设计要求。该系统对室内有限范围的距离测量具有较高的精度和可靠性，最后文中分析了误差产生的原因及如何对系统进行完善提出了一些改进建议。

关键词：超声波超声传感器超声测距单片机温度补偿

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小波束角超声测距技术研究

小波束角超声测距技术研究

作者：宋伟国防科学技术大学

学位级别：硕士

超声波测距技术以其结构简单、价格低廉、性能不受外界影响等优点,广泛地应用于倒车雷达领域。目前,倒车雷达所采用的超声波传感器一般采用大波束角设计,旨在扩大探测范围,但这种性能指标导致虚警概率变大,易受干扰。针对此问题提出了... 详细信息

超声波测距技术以其结构简单、价格低廉、性能不受外界影响等优点,广泛地应用于倒车雷达领域。目前,倒车雷达所采用的超声波传感器一般采用大波束角设计,旨在扩大探测范围,但这种性能指标导致虚警概率变大,易受干扰。针对此问题提出了小波束角超声测距方法,该方法能够有效增强测距的指向性,提高抗干扰能力。本文以缩小超声波波束角为主要目标,进行了以下研究: 1.对换能器阵列的指向性进行了研究。选用均匀线列阵作为小波束角超声换能器,对其指向性参数进行了分析。设计了适合车载测距的三元线列阵。并对其谐振频率和谐振阻抗进行了测试。 2.设计并制作了一种换能器阵列驱动电路和大增益高精度的回波接收电路。采用单片机处理电路,对由接收电路输出的回波信号进行A/D采样和互相关计算。并给出了实验结果。 3.结合单片机处理电路,对小波束角超声测距系统,从测距和波束宽度两个方面进行了性能测试。实验表明,小波束角超声测距系统的波束宽度θ≈2.2°,量程大于2.5m,满足了设计要求。

关键词：超声测距小波束角换能器阵列包络相关

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一种高精度超声测距方法的研究

传感技术学报 2002年第3期15卷 219-221页

作者：王文生齐广学温淑慧冯波燕山大学河北秦皇岛066004

本文介绍了一种基于超声波循环反射测量原理的高精度超声测距方法 ,并给出了以单片机为核心的测距系统的组成 .本测量法克服了多次反射法中对回波脉冲个数的限制 ,经温度补偿后测量精度得到了明显改善 .

关键词：超声测距高精度温度补偿

超声测距技术与非接触静电测量一体化设计方法研究

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电子设计工程 2012年第10期20卷 84-87页

作者：董振旗刘鹏周永涛杨庆第二炮兵工程大学陕西西安710025

非接触感应式静电测量仪表,读数要经过乘数k与测量距离d的关系换算才能得出被测静电体的静电电压,为解决这一人工换算及测量过程繁琐问题,提出了利用超声测距技术与非接触式静电测量技术一体化静电测量方式及其设计方法,研究了超声测距... 详细信息

非接触感应式静电测量仪表,读数要经过乘数k与测量距离d的关系换算才能得出被测静电体的静电电压,为解决这一人工换算及测量过程繁琐问题,提出了利用超声测距技术与非接触式静电测量技术一体化静电测量方式及其设计方法,研究了超声测距技术用于非接触式静电测量一体化设计的参数与精度要求和相对测距方法应用,进行了超声测距与非接触式静电测量一体化原理与整机结构设计的可行性验证。

关键词：静电超声测距非接触式静电测量一体化设计可行性验证

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超声测距的反射波首识别算法

信息技术 2019年第9期43卷 92-96页

作者：黄会婷郑恭明长江大学电工电子国家级实验教学示范中心

超声测距因其高精度、低成本而被广泛应用于汽车、智能机器人以及水位检测等各行各业中,为了提高测量精度,对其反射信号的准确识别进行了大量的研究。文中分析了包络峰值法和相关检测法的优缺点,并在此基础上提出了一种相关包络检测的... 详细信息

超声测距因其高精度、低成本而被广泛应用于汽车、智能机器人以及水位检测等各行各业中,为了提高测量精度,对其反射信号的准确识别进行了大量的研究。文中分析了包络峰值法和相关检测法的优缺点,并在此基础上提出了一种相关包络检测的改进算法,克服了超声回波的包络信号存在多个幅度相近的峰值而无法检索准确峰值位置的缺点,从而对超声波到达时刻进行精确识别。实验结果表明:与常规方法相比较,该方法不仅保证了超声波测距的准确性和稳定性,同时也提高了测量精度。

关键词：超声测距回波检测包络提取相关检测峰值定位

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超声测距系统设计

装备制造技术 2008年第11期 77-79页

作者：周应华蔡雪梅刘燕飞重庆邮电大学光电学院重庆400065 重庆邮电大学计算机学院重庆400065

设计了一种基于单片机的单脉冲反射式超声测距系统,该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件,利用反射超声波测量待测距离;提出了系统的总体构成,设计了系统发射、接收、检测部分的电路,基于渡越时间法设计了测距软件;最后给出了实验... 详细信息

设计了一种基于单片机的单脉冲反射式超声测距系统,该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件,利用反射超声波测量待测距离;提出了系统的总体构成,设计了系统发射、接收、检测部分的电路,基于渡越时间法设计了测距软件;最后给出了实验结果及误差分析。

关键词：单脉冲反射渡越时间超声测距

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基于反卷积的超声测距的应用研究

基于反卷积的超声测距的应用研究

作者：韩非燕山大学

学位级别：硕士

在工业生产中,利用超声波进行固体或液体中的距离测量十分普遍,尤其是小距离、微距离测量(如测厚、粗糙度、液位等)。基于超声波的高精度距离的测量越来越受到重视。本文分析了国内外超声波脉冲回波测距技术的发展概况,在深入研究超声... 详细信息

在工业生产中,利用超声波进行固体或液体中的距离测量十分普遍,尤其是小距离、微距离测量(如测厚、粗糙度、液位等)。基于超声波的高精度距离的测量越来越受到重视。本文分析了国内外超声波脉冲回波测距技术的发展概况,在深入研究超声脉冲回波测距法和反卷积原理的基础上,提出了基于反卷积技术的超声测距方案;从理论上论证了用同态反卷积技术提取超声波脉冲回波包络来修正脉冲飞行时间的可行性,并以此为基础设计了高精度的超声波测距系统。超声波测距系统主要由超声波的收发电路、精密时间测量电路、同态反卷积滤波器构成。在超声波收发电路中为了提高系统测量精度,分别对脉冲产生电路、驱动电路和超声波探头的耦合电路进行了改进。在超声波的时间测量系统中,从理论上分析了精密时间测量方法,并设计了时间测量电路。文中的用门电路实现了数学算法,并用可系统编程的 CPLD(复杂可编程逻辑器件)实现了脉冲发生电路、精密时间测量电路和同态滤波器。反卷积滤波器的设计是测距系统的关键,在反卷积滤波器的设计中,重点讨论的同态反卷积理论的实现方法,并在 CPLD 中,引入了先进的流水线式的设计方法,并用 FFT(快速傅里叶变换)完成了反卷积倒谱滤波过程。本文提出的超声测距系统改正了传统超声测距的不足之处,并能使系统测量的分辨率达到 10 ns,具有结构简单、集成度高、数据实时检测、误差自动修正等特点,对高精度的超声波距离测量有指导意义。

关键词：超声测距飞行时间测量反卷积 CPLD 仿真

无串扰超声测距系统的激励方法及基于FPGA的设计与实现

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无串扰超声测距系统的激励方法及基于FPGA的设计与实现

作者：彭涵阳天津大学

学位级别：硕士

单个超声换能器不能同时检测全方位的环境信息,如果采用多个换能器同时工作,而又不对发出的超声加以区分,则将产生超声串扰问题。本文的解决思路是给每个超声换能器发出的超声赋予独特的标识,然后在接收端采用相关匹配的方法进行区分。... 详细信息

单个超声换能器不能同时检测全方位的环境信息,如果采用多个换能器同时工作,而又不对发出的超声加以区分,则将产生超声串扰问题。本文的解决思路是给每个超声换能器发出的超声赋予独特的标识,然后在接收端采用相关匹配的方法进行区分。为实现基于此思想的超声测距系统,本文做了如下研究工作。采用带有独特标志的信号去调制载波作为激励信号,为简化硬件实现,使用脉冲位置调制方式。经过调制后的信号激励超声换能器发出超声波,其回波回到接收端后并不解调,而是直接应用相关法进行匹配识别。为获得使回波信号相关特性良好、能量利用率高的激励信号,一般采用数值法或实验方法。本文从数学基本原理和换能器的本质特性出发,推导并得到了兼顾相关特性和能量利用率的激励信号的条件,以更好地指导激励信号的构建。搭建了超声信号前端处理硬件系统,此硬件系统结构紧凑,功耗较低,且具有超声接收/发送一体化和大动态范围回波幅值自动增益的特点。设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的后端数字信号处理模块,为降低硬件资源消耗和加快FPGA处理速度,此数字信号处理系统采用了过零极化相关方法,其核心就是在不影响最终结果判断的前提下用简单的逻辑运算代替复杂的乘法运算。分别设计了超声测距系统和和上位机的RS-232接口,使测距系统和上位机之间相互通信得以实现。最后对超声测距系统进行了实验,实验表明本文设计的测距系统不但具有测量精度非常高、测量范围大和稳定性好的特点,还能完全抑制串扰信号的影响。这充分说明了本文给出的超声激励方法及基于FPGA的硬件系统的可行性、有效性和实用性。

关键词：超声测距超声串扰超声激励现场可编程门阵列(FPGA) 过零相关能量效率