超聲擴頻測距脈沖編碼激勵與渡越時間估計.pdf

1、針對傳統(tǒng)單脈沖超聲測距系統(tǒng)存在的距離分辨力與有效作用距離之間的矛盾以及多路超聲測距系統(tǒng)中傳感器同時工作引起的超聲串擾現(xiàn)象,本文研究了擴頻編碼激勵超聲測距方法。在擴頻超聲測距系統(tǒng)的發(fā)射端,通過編碼與調(diào)制賦予每個超聲換能器唯一的激勵序列；在接收端,通過脈沖壓縮或相關(guān)技術(shù)辨識自身所發(fā)射的激勵序列。為減小超聲測距系統(tǒng)的盲區(qū)及提高超聲測距精度,本文還研究了短距離測距用單脈沖超聲測距系統(tǒng)的渡越時間(TOF)估計方法。
　　 在擴頻超聲測距系

2、統(tǒng)的脈沖編碼激勵與單脈沖超聲測距系統(tǒng)的 TOF估計方面,本文重點開展了如下研究工作。
　　 給出了能量效率和回聲序列相關(guān)度兩個性能指標的定義。能量效率反映在給定距離前提下,擴頻測距系統(tǒng)的回聲信號與發(fā)射信號的能量比。高能量效率可增加回聲序列能量從而提高有效作用距離?；芈曅蛄邢嚓P(guān)度反映激勵信號的唯一性,低回聲序列相關(guān)度(即自相關(guān)函數(shù)尖銳,互相關(guān)函數(shù)平坦)可提高脈沖壓縮效果并抑制超聲串擾。
　　 提出了四種模擬調(diào)制脈沖激勵序列

3、構(gòu)造方法,即頻譜優(yōu)化混沌脈沖位置調(diào)制(CPPM)激勵序列,混沌脈沖寬度調(diào)制(CPWM)激勵序列,線性調(diào)頻(LFM)脈沖激勵序列和非線性調(diào)頻(NLFM)脈沖激勵序列。采用遺傳算法(GA)或帶精英策略非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)優(yōu)化CPPM激勵序列,CPWM激勵序列和 NLFM脈沖激勵序列,使得激勵序列的能量效率和回聲序列相關(guān)度最優(yōu)。討論了適用于八路 LFM脈沖激勵序列的參數(shù)配置方法。針對八路超聲擴頻測距系統(tǒng),實驗比較了四種模擬調(diào)制激

4、勵序列的性能優(yōu)劣。
　　 構(gòu)造并比較了六種數(shù)字調(diào)制脈沖激勵序列。利用二值混沌編碼和偽隨機 m序列結(jié)合數(shù)字調(diào)制技術(shù)構(gòu)造多路超聲測距系統(tǒng)的擴頻編碼激勵序列。具體討論了二值幅移鍵控(BASK)、二值頻移鍵控(BFSK)和二值相移鍵控(BPSK)三種脈沖激勵序列的參數(shù)配置和 GA優(yōu)化方法以提高能量效率并降低回聲序列相關(guān)度。針對八路超聲測距系統(tǒng),實驗比較了六種數(shù)字調(diào)制激勵序列的性能優(yōu)劣。
　　 提出了基于平方根無跡卡爾曼濾波(SR

5、UKF)算法的單脈沖超聲測距系統(tǒng)TOF估計方法。利用 SRUKF算法估計回聲信號包絡(luò)形狀的參數(shù)以確定TOF?？紤]到初始狀態(tài)的統(tǒng)計特性影響濾波器的估計結(jié)果,在SRLIKF算法的基礎(chǔ)上利用多個不同初始狀態(tài)的SRLJKF(Multi-SRUKF)估計單脈沖超聲測距系統(tǒng)的TOF。利用仿真回聲信號和真實實驗采集回聲信號,比較了無跡卡爾曼濾波(UKF)、SRUKF、多初始狀態(tài) UKF(Multi-UKF)和 Multi-SRUKF算法用于估計 TO