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基于混沌脉冲位置调制的实时超声测距系统串扰抑制

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电子学报 2008年第11期36卷 2268-2272,F0003页

作者：孟庆浩兰少莹姚振静李根旺天津大学电气与自动化工程学院天津市过程检测与控制重点实验室天津300072

超声测距系统中各换能器之间存在的干扰(即串扰)会严重制约测距的准确性;为消除串扰,采用混沌脉冲位置调制构造每个超声换能器的短发射序列;相关分析法被用于识别回声序列.分析了超声串扰产生原因,并给出了脉冲占空比与各次谐波能量的... 详细信息

超声测距系统中各换能器之间存在的干扰(即串扰)会严重制约测距的准确性;为消除串扰,采用混沌脉冲位置调制构造每个超声换能器的短发射序列;相关分析法被用于识别回声序列.分析了超声串扰产生原因,并给出了脉冲占空比与各次谐波能量的对应关系.为获得最佳的相关效果,采用遗传算法对Logistic混沌满映射调制的短序列脉冲间隔做了优化.所提方法在DC-DC(直流-直流)激励的静电型超声测距系统中获得了验证.结果表明,在合理配置脉冲间隔的情况下,混沌脉冲位置调制可用于消除实时超声测距系统的串扰.

关键词：超声换能器超声串扰混沌脉冲位置调制相关分析

基于FPGA的多路无串扰超声测距系统的设计与实现

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传感技术学报 2013年第4期26卷 582-589页

作者：孟庆浩边旭东扈佳林曾明天津大学电气与自动化工程学院机器人与自主系统研究所天津300072

给出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路无串扰超声测距系统的设计与实施方案。在前期设计的超声收发一体的硬件电路基础上,采用FPGA作为整个测距系统的核心,用于控制编码超声序列的收发及实现基于相关算法的测距。系统中采用有限... 详细信息

给出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路无串扰超声测距系统的设计与实施方案。在前期设计的超声收发一体的硬件电路基础上,采用FPGA作为整个测距系统的核心,用于控制编码超声序列的收发及实现基于相关算法的测距。系统中采用有限状态机设计思想,充分利用FPGA中存储器资源。基于前期对不同种类的编码与调制组合性能的评估,本文选择了Gold序列结合二值频移键控调制方式激励超声换能器。为降低回声相关计算的复杂度和减少FPGA内资源占用,采用二值极化相关的方法处理回声信号以捕获渡越时间。实验测试结果表明,该测距系统在35 cm～420 cm的范围内可实现10mm的测距精度,并可有效消除超声串扰。

关键词：超声测距超声串扰扩频编码过零极化相关渡越时间现场可编程门阵列

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基于FPGA的互相关无串扰超声测距系统

计算机工程 2013年第8期39卷 307-313页

作者：王荣扬钱振华殷勇辉湖州职业技术学院湖州市工业自动化技术研发中心浙江湖州313000 华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

多传感器超声测距系统工作时存在超声串扰,会导致测量结果失真并降低系统工作效率。为此,利用伪随机序列优越的自相关性,通过对发射信号和回波信号进行互相关运算消除串扰。提出一种利用异或运算代替乘法运算的并行数字相关技术捕获算... 详细信息

多传感器超声测距系统工作时存在超声串扰,会导致测量结果失真并降低系统工作效率。为此,利用伪随机序列优越的自相关性,通过对发射信号和回波信号进行互相关运算消除串扰。提出一种利用异或运算代替乘法运算的并行数字相关技术捕获算法。可编程逻辑门阵列(FPGA)仿真结果表明,该算法可以消除实时超声测距系统的串扰和误码干扰,明显减少算法运算量及数据处理时间,提高FPGA逻辑资源利用率及超声测距系统的精度。

关键词：相关捕获伪随机序列超声测距超声串扰可编程逻辑门阵列

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无串扰超声测距系统硬件设计与激励方法

无串扰超声测距系统硬件设计与激励方法

作者：李根旺天津大学

学位级别：硕士

超声串扰是制约多超声换能器同时工作的主要因素。目前,解决超声串扰问题的主要方法是基于硬件的编码法。通过给换能器分配不同编码,利用相关法识别回波信号来达到消除串扰的目的。该方法的实现需要设计合适的硬件电路和构造相关特性优... 详细信息

超声串扰是制约多超声换能器同时工作的主要因素。目前,解决超声串扰问题的主要方法是基于硬件的编码法。通过给换能器分配不同编码,利用相关法识别回波信号来达到消除串扰的目的。该方法的实现需要设计合适的硬件电路和构造相关特性优良的编码。本文设计了运行稳定可靠的超声测距硬件系统。该电路体积小、功耗低、测距远、精度高,非常适合应用于小型超声测距装置,尤其适用于移动机器人的超声避障系统。用相关法实现渡越时间捕获的困难在于相关计算量太大,难以用数字电路实现实时相关运算。极性相关法在保证相关结果的前提下用逻辑运算取代相关法中的乘法运算。过零时刻算法能够减少极性相关的运算量,但是计算时间具有不确定性。本文提出改进的过零时刻算法,消除了上述缺点,使极性相关更为简化和易于实现,并给出了该算法在FPGA中的实现结构。此方案可以实现回波信号的实时捕获。构造超声编码时主要考虑其能量特性和相关特性。本文从分析发射序列的频谱出发,结合所设计硬件电路的幅频特性,给出了构造发射序列的方法。该方法构造出的发射序列具有发射能量高和相关特性好的优点,非常适合应用于多超声测距系统。

关键词：超声测距系统超声串扰极性相关过零时刻算法构造发射序列

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

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环境探测机器人超声波测距系统的设计与应用

科学技术与工程 2015年第22期35卷 38-41页

作者：宋智瀛马飞刘涛贾瑞清中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

在超声波测距理论的基础上,结合测距系统硬件和软件的研究,设计一种适用于环境探测机器人的超声波测距系统。通过室外环境测距实验获得距离数据,针对系统测量误差产生的原因进行分析,当测距范围在1~3 m时,相对误差不超过2%。系统采用分... 详细信息

在超声波测距理论的基础上,结合测距系统硬件和软件的研究,设计一种适用于环境探测机器人的超声波测距系统。通过室外环境测距实验获得距离数据,针对系统测量误差产生的原因进行分析,当测距范围在1~3 m时,相对误差不超过2%。系统采用分时触发工作方式,避免声波间串扰。测距系统和上位机通过串口通信。测试表明,上位机成功接收系统传输的测距数据,很好地满足机器人的测距要求。

关键词：超声波测距系统误差分析超声串扰环境探测机器人

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伪随机序列超声测距系统及FPGA实现

仪表技术与传感器 2013年第2期 46-48,51页

作者：王荣扬殷勇辉湖州职业技术学院机电工程分院浙江湖州313000 华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

超声测距系统中多路换能器同时工作存在的超声串扰会导致错误的测量和降低系统的工作效率。为了消除串扰,采用二进制频移键控调制(FSK)构造每个超声换能器的编码激励发射序列;结合超声回波信号模型,给出了超声回波信号的解调算法;设计... 详细信息

超声测距系统中多路换能器同时工作存在的超声串扰会导致错误的测量和降低系统的工作效率。为了消除串扰,采用二进制频移键控调制(FSK)构造每个超声换能器的编码激励发射序列;结合超声回波信号模型,给出了超声回波信号的解调算法;设计了一种只用异或和加法的并行数字相关技术的回波序列识别和渡越时间捕获器,它能够抑制超声串扰和误码,显著减少数据处理时间和FPGA资源。FPGA仿真结果表明伪随机码(PRBS)可用于消除实时超声测距系统的串扰。

关键词：伪随机码超声测距超声串扰 FPGA 相关捕获法

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基于伪随机序列自相关的多传感器测距系统

仪表技术与传感器 2012年第5期 89-93页

作者：王荣扬王洪涛殷勇辉华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 太原科技大学化学与生物工程学院山西太原030021

针对单脉冲回拨方式的超声测距方法存在抗干扰能力差和不能全方位检测环境信息等缺陷,开发了一种多传感器测距系统。该多传感器超声测距系统基于伪随机序列自相关原理,通过对发射信号和回波信号进行相关运算精确的捕捉其相位差来计算渡... 详细信息

针对单脉冲回拨方式的超声测距方法存在抗干扰能力差和不能全方位检测环境信息等缺陷,开发了一种多传感器测距系统。该多传感器超声测距系统基于伪随机序列自相关原理,通过对发射信号和回波信号进行相关运算精确的捕捉其相位差来计算渡越时间。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件,结合超声回波的特点设计了能抑制和隔离电路中噪声的回波微弱信号接收电路、多路模数转换电路和相应的软件系统;提出了适用于该系统的误差校正方法。FPGA仿真结果表明,在误码存在的情况下,设计的基于自相关的回波信号识别系统可以很准确的消除超声串扰和计算出渡越时间。

关键词：超声测距伪随机序列超声串扰自相关现场可编程门阵列

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基于优化混沌PWM激励序列的超声测距系统

计算机仿真 2015年第12期32卷 373-376页

作者：王俊白云高育鹏彭程空军工程大学防空反导学院陕西西安710051

针对多超声测距系统普遍存在相互串扰和测量精度低的问题,提出一种优化混沌编码的脉冲宽度调制来构造激励序列的方法。采用混沌编码调制载波信号和极性相关法识别回波信号来消除串扰,利用遗传算法优化混沌初值,得到最优的调制激励序列... 详细信息

针对多超声测距系统普遍存在相互串扰和测量精度低的问题,提出一种优化混沌编码的脉冲宽度调制来构造激励序列的方法。采用混沌编码调制载波信号和极性相关法识别回波信号来消除串扰,利用遗传算法优化混沌初值,得到最优的调制激励序列来提高测量精度。再采用现场可编程门阵列作为整个测距系统的核心,用于激励序列的收发和渡越时间的测定。实验结果表明:采用优化后的发射序列可以有效的消除超声串扰并在规定的测距范围内达到较好的测距精度。

关键词：超声测距超声串扰混沌脉宽调制遗传算法现场可编程门阵列