无串扰超声测距系统编码激励与回波处理

论文摘要

超声测距系统中各换能器之间存在的干扰(即串扰)严重制约了测距的准确性。本文分析了超声串扰产生的原因。在保证测距系统实时性的前提下,为消除超声串扰,采用脉冲位置调制方式构造每个超声换能器的短发射序列,相关分析用于识别回波序列。介绍了产生伪随机数的混沌映射法及线性同余法,并对两种方法产生的伪随机数的统计特性进行了分析,找到了适合实时超声测距系统的伪随机数,并给出了脉冲占空比与各次谐波能量的对应关系。为提高相关效果,采用遗传算法对伪随机数调制的短序列脉冲间隔进行了优化。以超声测距系统的脉冲响应作为小波滤波器,构造了基于回波的正交小波函数,用于分析脉冲位置调制信号激励的超声换能器回波。利用该小波函数及其对应的尺度函数对回波序列作多尺度离散分解,并用所得的近似系数代替原回波作相关运算,在遗传算法优化的基础上,进一步改善了相关效果,缩短了发射序列的长度,提高了运算速度,并减小了测距的盲区。将小波变换与遗传算法结合,即将小波变换得到的近似系数相关结果代替回波相关结果作为目标函数,采用遗传算法优化脉冲位置调制范围,进一步提高了相关效果。实验结果表明,在合理配置脉冲间隔的情况下,采用构造的小波函数处理回波,可以缩短发射序列长度,减小测距盲区,提高实时性和测距准确度,从而实现无串扰实时超声测距。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 国外超声串扰消除研究现状
• 1.2.2 国内超声串扰消除研究现状
• 1.3 研究思路
• 1.4 主要贡献
• 1.5 内容安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 超声换能器原理及超声串扰的产生机理
• 2.1 超声波理论基础
• 2.2 静电换能器原理
• 2.3 超声串扰产生的原因
• 2.4 本章小结
• 第三章 伪随机序列的产生与选择
• 3.1 基于混沌映射的伪随机序列
• 3.2 混沌映射的不均匀分布
• 3.3 基于线性同余法的伪随机序列
• 3.4 线性同余法产生伪随机序列的统计特性
• 3.4.1 定性检验
• 3.4.2 独立性检验
• 3.4.3 均匀性检验
• 3.4.4 参数检验
• 3.5 本章小结
• 第四章 脉冲位置调制（PPM）方式及调制范围的遗传算法优化
• 4.1 脉冲位置调制（PPM）原理
• 4.2 PPM 序列脉冲宽度的确定
• 4.3 PPM 序列脉冲间隔的选取
• 4.4 基于遗传算法的脉冲位置调制范围的优化
• 4.4.1 遗传算法概述
• 4.4.2 遗传算法的基本原理与方法
• 4.4.3 脉冲位置调制范围的遗传算法优化
• 4.5 本章小结
• 第五章 回波序列的小波分析
• 5.1 小波变换及其基本性质
• 5.1.1 连续小波变换
• 5.1.2 离散小波变换
• 5.2 多分辨分析与Mallat 算法
• 5.2.1 多分辨分析
• 5.2.2 正交小波
• 5.2.3 Mallat 算法
• 5.3 回波序列的小波构造
• 5.3.1 二尺度方程和滤波器组
• 5.3.2 正交小波的构造
• 5.4 回波序列的小波分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 实验结果及处理
• 6.1 超声测距系统实验电路及系统模型
• 6.2 CPPM 序列优化及小波变换处理系列实验
• 6.2.1 2ms CPPM 序列优化及小波变换处理结果
• 6.2.2 0.5ms CPPM 序列优化及小波变换处理结果
• 6.3 PPPM 序列优化及小波变换处理系列实验
• 6.3.1 2ms PPPM 序列优化及小波变换处理结果
• 6.3.2 0.5ms PPPM 序列优化及小波变换处理结果
• 6.4 测距结果及精度
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢