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ALV超声测障技术研究

作　者: 吴立珍
导　师: 曾迎生
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 陆地自主车 障碍检测 超声测距系统 伪随机码 包络相关 障碍识别
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 100次
引　用: 4次
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内容摘要


本文以陆地自主车(Autonomous Land Vehicle,简称ALV)为应用背景,从超声测距系统、高精度超声测距处理算法以及基于超声传感器的障碍定位和识别技术等三个方面展开了对超声测障技术的深入研究和实验验证。本文首先设计和实现了基于单片机的多通道超声信号采集处理平台。通过上层控制指令,该平台能够完成不同发射方案、不同采样频率以及不同处理算法的测距处理,具有功能强大、便携性好和抗干扰能力强的优点。在超声测距处理算法的研究方面,本文从理论上分析了调制解调技术的引入对测距系统处理增益的影响,根据数字相关法与匹配滤波器的等价性,使用包络相关解调算法实现了伪随机码数字相关测距,并给出了改进的两步相关快速测距算法的计算公式。此外,为进一步提高系统的处理增益和抗干扰能力,本文还引入了双极性M序列以实现PSK相干解调。针对互相关函数峰值检测中的误差来源,本文提出了一种新的基于阈值的两次检测算法,在很大程度上解决了未知环境中阈值设定的难题,提高了超声测距的精度。结合传感器阵列的设计,本文分析了不同情况下超声信息的融合方法,给出了基于多距离信息的障碍定位算法。通过对影响超声回波波形的主要因素进行深入分析,本文建立了超声回波信号模型,并提出了基于回波振幅和时长特征的障碍类型判别算法。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 课题研究背景和意义  8-11
    1.1.1 ALV发展概况  8-10
    1.1.2 测障传感器及性能比较  10-11
  1.2 超声波特性及超声换能器  11-12
    1.2.1 超声波及其性质  11-12
    1.2.2 超声波换能器  12
  1.3 超声测障技术的发展现状  12-15
    1.3.1 超声测距技术  12-14
    1.3.2 障碍定位和识别技术  14-15
  1.4 主要研究工作和论文结构安排  15-16
第二章 超声测距系统设计  16-32
  2.1 系统总体设计  16-18
    2.1.1 系统功能需求分析  16
    2.1.2 超声波传感器的选择  16-18
    2.1.3 系统总体构成  18
  2.2 硬件电路设计  18-23
    2.2.1 微控制器及A/D转换器件的选用  18-20
    2.2.2 存储器模块的设计  20-21
    2.2.3 超声波发射和接收电路  21-22
    2.2.4 串口通讯及扩展模块设计  22
    2.2.5 系统电源设计  22-23
  2.3 单片机软件设计  23-25
    2.3.1 主程序框架  23-24
    2.3.2 发射控制模块  24-25
    2.3.3 采样存储模块  25
  2.4 上位机软件设计  25-30
    2.4.1 软件总体设计  25-26
    2.4.2 波形重建和数据处理  26-29
    2.4.3 控制指令设计  29-30
  2.5 系统抗干扰措施  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 高精度超声测距算法研究  32-55
  3.1 算法可行性分析  32-38
    3.1.1 调制解调系统的信号和噪声分析  32-35
    3.1.2 基于匹配滤波器的最佳接收原理  35-38
  3.2 平方包络相关解调算法  38-39
  3.3 伪随机码数字相关测距  39-44
    3.3.1 伪随机码相关检测的抗噪性能  40
    3.3.2 伪随机码调制信号的生成  40-42
    3.3.3 伪随机码测距的参数选择和实现  42-44
  3.4 互相关函数峰值的检测算法  44-47
    3.4.1 峰值检测中的误差分析  44-46
    3.4.2 基于阈值的两次检测算法  46-47
  3.5 测距算法的改进  47-51
    3.5.1 互相关函数计算速度的提高  47-49
    3.5.2 互相关函数旁瓣的消除  49-51
  3.6 实验结果及误差分析  51-54
    3.6.1 实验结果  51-53
    3.6.2 误差分析及应对措施  53-54
  3.7 本章小结  54-55
第四章 超声障碍定位和识别技术研究  55-64
  4.1 超声障碍定位  55-58
    4.1.1 超声传感器阵列的结构  55-56
    4.1.2 基于多超声信息的障碍定位算法  56-58
  4.2 超声障碍识别  58-63
    4.2.1 回波模型的建立  58-60
    4.2.2 基于波形特征的障碍类型识别  60-61
    4.2.3 实验结果与分析  61-63
  4.3 本章小结  63-64
第五章 总结与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 采用各种新技术的自动检测系统 > 超声波检测及其设备
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