超聲擴(kuò)頻測(cè)距脈沖編碼激勵(lì)與渡越時(shí)間估計(jì).pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)單脈沖超聲測(cè)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(cè)距系統(tǒng)中傳感器同時(shí)工作引起的超聲串?dāng)_現(xiàn)象,本文研究了擴(kuò)頻編碼激勵(lì)超聲測(cè)距方法。在擴(kuò)頻超聲測(cè)距系統(tǒng)的發(fā)射端,通過(guò)編碼與調(diào)制賦予每個(gè)超聲換能器唯一的激勵(lì)序列；在接收端,通過(guò)脈沖壓縮或相關(guān)技術(shù)辨識(shí)自身所發(fā)射的激勵(lì)序列。為減小超聲測(cè)距系統(tǒng)的盲區(qū)及提高超聲測(cè)距精度,本文還研究了短距離測(cè)距用單脈沖超聲測(cè)距系統(tǒng)的渡越時(shí)間(TOF)估計(jì)方法。
　　 在擴(kuò)頻超聲測(cè)距系

2、統(tǒng)的脈沖編碼激勵(lì)與單脈沖超聲測(cè)距系統(tǒng)的 TOF估計(jì)方面,本文重點(diǎn)開(kāi)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(gè)性能指標(biāo)的定義。能量效率反映在給定距離前提下,擴(kuò)頻測(cè)距系統(tǒng)的回聲信號(hào)與發(fā)射信號(hào)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(lì)信號(hào)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?dāng)_。
　　 提出了四種模擬調(diào)制脈沖激勵(lì)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(lì)序列,混沌脈沖寬度調(diào)制(CPWM)激勵(lì)序列,線性調(diào)頻(LFM)脈沖激勵(lì)序列和非線性調(diào)頻(NLFM)脈沖激勵(lì)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(lì)序列,CPWM激勵(lì)序列和 NLFM脈沖激勵(lì)序列,使得激勵(lì)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(lì)序列的參數(shù)配置方法。針對(duì)八路超聲擴(kuò)頻測(cè)距系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)比較了四種模擬調(diào)制激

4、勵(lì)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(lì)序列。利用二值混沌編碼和偽隨機(jī) m序列結(jié)合數(shù)字調(diào)制技術(shù)構(gòu)造多路超聲測(cè)距系統(tǒng)的擴(kuò)頻編碼激勵(lì)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(lì)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(duì)八路超聲測(cè)距系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)比較了六種數(shù)字調(diào)制激勵(lì)序列的性能優(yōu)劣。
　　 提出了基于平方根無(wú)跡卡爾曼濾波(SR

5、UKF)算法的單脈沖超聲測(cè)距系統(tǒng)TOF估計(jì)方法。利用 SRUKF算法估計(jì)回聲信號(hào)包絡(luò)形狀的參數(shù)以確定TOF。考慮到初始狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)特性影響濾波器的估計(jì)結(jié)果,在SRLIKF算法的基礎(chǔ)上利用多個(gè)不同初始狀態(tài)的SRLJKF(Multi-SRUKF)估計(jì)單脈沖超聲測(cè)距系統(tǒng)的TOF。利用仿真回聲信號(hào)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)采集回聲信號(hào),比較了無(wú)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(jì) TO