基于伪随机调频脉冲序列的超声串扰消除方法研究

摘要

超声波测距传感器(本文也简称为声纳)以其价格低廉、硬件容易实现、测距相对准确等优点，已成为移动机器人感知环境信息必不可少的一种传感器。为了获取更多的周围环境信息，通常采用多个超声测距传感器组成声纳环。在声纳环上的多个超声传感器同时工作时，就会产生一个严重且普遍存在的问题——超声串扰。超声串扰是指多个超声测距传感器同时工作时，其中一个超声换能器接收到的回波信号是其它超声换能器发射的超声或超声回波，并非是自己发射超声的回波，由此会导致错误的距离测量。 本文提出了一种伪随机调频脉冲序列解决超声串扰的方法。此序列由16个固定宽度的高电平脉冲组成，两个相邻脉冲之间的低电平时间间隔是由伪随机数序列决定的。为保证可靠激励静电超声换能器，伪随机调频序列的频率范围被限制在超声换能器的工作频带内。因为每个超声换能器的触发序列都是不同的，结合回波相关技术可消除超声串扰。 在具体实施上，采用TMS320VC5402 DSP作为数据处理的核心，搭建了两路超声换能器的试验平台。伪随机调频脉冲序列由DSP软件产生。针对静电超声换能器，设计了超声驱动放大电路。为保证信号处理的实时性，采用快速傅立叶变换实现信号相关运算。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1研究意义

1.2研究背景

1.2.1 EERUF法

1.2.2 ROSUM法

1.2.3超声传感器编码

1.2.4伪随机编码方法

1.2.5 BFSK编码

1.2.6混沌脉位调制编码

1.2.7基于遗传算法的编码优化

1.3研究思路

1.4主要贡献

1.5内容安排

1.5本章小结

第二章超声测距和超声串扰

2.1超声基本知识

2.2超声测距原理

2.2.1超声换能器

2.2.2渡越时间法测距原理

2.3超声串扰

2.4本章小结

第三章伪随机调频脉冲序列及其相关性

3.1伪随机序列

3.1.1随机数和伪随机数

3.1.2线性同余算法

3.1.3混合同余法参数的选择

3.1.4伪随机数的统计检验

3.2伪随机调频脉冲序列及其相关性

3.2.1伪随机调频脉冲序列

3.2.2相关函数

3.2.3伪随机调频脉冲序列的相关性

3.3本章小结

第四章超声串扰消除系统软硬件结构

4.1硬件结构

4.1.1硬件框图

4.1.2 TMS320VC5402 DSP芯片

4.1.3 Polaroid 600系列静电换能器

4.1.4驱动放大电路

4.2伪随机调频脉冲序列软件产生

4.2.1 CCS软件开发平台简介

4.2.2 DSP C和汇编语言混合编程

4.2.3伪随机脉冲序列软件流程

4.3本章小结

第五章试验结果及处理

5.1超声换能器频带确定

5.2超声串扰消除试验

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢