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无串扰超声测距系统硬件设计与激励方法

作　者: 李根旺
导　师: 孟庆浩
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
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
分类号: TH761.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 77次
引　用: 7次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 文献综述  10-13
    1.2.1 国外超声串扰消除研究现状  10-12
    1.2.2 国内超声串扰消除研究现状  12-13
  1.3 研究思路  13-14
  1.4 主要贡献  14
  1.5 内容安排  14-15
  1.6 本章小结  15-16
第二章超声换能器及超声串扰  16-22
  2.1 超声换能器  16-17
    2.1.1 超声换能器的分类  16-17
    2.1.2 超声换能器的性能指标  17
  2.2 静电超声换能器  17-20
    2.2.1 静电超声换能器原理  18-19
    2.2.2 Polaroid 600 系列换能器  19-20
  2.3 超声串扰  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章超声测距系统硬件设计  22-35
  3.1 超声测距系统方框图  22
  3.2 发射及检测电路设计  22-23
  3.3 滤波电路设计  23-27
    3.3.1 MAX275  24
    3.3.2 带通滤波器设计  24-27
  3.4 自增益放大电路设计  27-32
    3.4.1 自增益电路原理  28
    3.4.2 放大电路  28-30
    3.4.3 反馈电路  30-31
    3.4.4 调节器电路  31
    3.4.5 参考电压电路  31-32
  3.5 极化电路设计  32-33
  3.6 开关控制电路设计  33-34
  3.7 本章小结  34-35
第四章极性相关器  35-49
  4.1 相关函数与极性相关函数  35-37
  4.2 过零时刻算法  37-40
  4.3 改进的过零时刻算法  40-43
  4.4 FPGA实现极性相关器  43-44
  4.5 实验数据及处理  44-48
    4.5.1 极化前后相关特性的比较  44-46
    4.5.2 抗噪特性的比较  46-47
    4.5.3 极性相关和过零时刻极性相关的比较  47-48
  4.6 本章小结  48-49
第五章编码激励方法  49-62
  5.1 发射序列的编码激励方式  49-50
  5.2 PPM序列脉冲宽度的确定  50-51
  5.3 发射电路幅频特性研究  51-52
  5.4 PPM序列不同占空比的能量分布  52-55
  5.5 获取可用点  55-56
  5.6 构造发射序列  56-58
  5.7 仿真验证  58-59
  5.8 实验数据及处理  59-61
    5.8.1 发射序列及发射波的频谱比较  59-60
    5.8.2 相关特性比较  60-61
  5.9 本章小结  61-62
第六章总结与展望  62-63
参考文献  63-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

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