基于超声波传感器阵列的障碍物位置计算方法研究

采用基于相对误差意义下的最小二乘法建立超声波传感器探测圆弧的拟合方程,有效地提高了超声波传感器的标定精度。同时提出了一种基于超声波传感器阵列的自主车导航障碍物位置计算方法———外接圆法。该方法利用传感器阵列中3个传感器的3段探测圆弧构成一外接圆,以外接圆的圆心作为障碍物位置,然后通过坐标变换确定障碍物的全局位置。在QDUⅠ型自主车上进行的实验,证明该方法切实可行,且具有实现简单、检测速度快和精度高的优点。

机器人学习的可编程超声波传感器阵列摄像定位系统

提出一种用于摄像机室内移动物体定位的超声波传感器阵列,通过机器人学习的可编程软硬件来实现的系统。该传感器阵列可被编程设定为11对发送/接收器,通过传感器阵列初始化时所采集的静态环境数据与被定位对象进入静态环境时所采集的数据作比较,结合不可能概率事件与采样数据的正态分布及几何学的相交定位思想,以最大似然估计、最小方差计算等作为编程机制,得到水平定位极坐标。实验表明:其精准定位水平方向角为7.5°,定位目标更新周期为200 ms,1.2 s内锁定目标。并实现灵活变倍与聚焦,满足人们对于室内摄像机的定位要求。

基于超声波传感器阵列的车辆周围目标物识别

为了对车辆环境信息进行探测与识别,提高道路交通安全,该文研究了利用超声波传感器阵列识别车辆环境目标类型的方法:以分类器为核心,搭载目标物区分算法,实现对目标物的实时探测与区分。首先根据车辆周围环境信息提取了具有一定形状特征的典型目标物,分别为平板、圆柱和角形3种类型,以支持向量机(support vector machine,SVM)为分类器建立分类模型,根据目标物形状不同构造与优选分类特征指标集;依托分类结果建立目标物的类型区分算法,得到每一时刻各类目标物的概率值。仿真结果表明:分类模型的分类准确率达到91.5%;同时该方法对各种类型的目标物进行区分时,均达到较好的识别效果。在实际道路试验中,采集了汽车、行人和自行车3类目标物,采用该方法达到了良好的识别效果,具有可行性。

基于无线传感器网络的超声波定位节点设计

针对目前无线传感器网络中节点定位实验中精确度不高的问题,提出了一种定位系统中超声波六元阵列传感器节点的硬件设计方案,主要利用超声波在空气中传输的物理特性,采用40 k Hz超声波来设计系统节点的硬件结构和收发传感器阵列及节点微控制器,通过对传感器节点硬件平台的测距实验结果表明,节点间最远测距距离达到了20 m,样本平均测距误差为5.2 cm,其中最小测距误差为2.6 cm,最大测距误差为7.5 cm,满足系统关于远距离测量和cm级误差的高精度测距要求。

基于超声传感器阵列的陆地自主车测距

目前,超声波传感器主要用于低速运动的自主式移动机器人短距离测量,采用的测距方法多把串音干扰看作有用信号的干扰项,尽可能排除。基于远距离超声波传感器,本文利用串音干扰设计了一种适用于高速行驶的陆地自主车进行远距离测量的方法。实验结果表明此方法的可靠性和精度都能满足陆地自主车的距离探测要求。

基于ESB波束形成的超声波传感器风速风向测量

针对超声波测风仪风速风向测量精度不高、对噪声抑制能力弱的问题,提出了一种基于特征空间(ESB)波束形成算法的阵列式超声波传感器风速风向测量方法。首先通过超声波传感器阵列接收空间信号冗余信息,然后采用ESB波束形成算法对空间信号冗余信息进行加权处理,实现空域滤波,最后从阵列输出功率谱中得到待测风速风向角信息。实验结果表明:基于ESB波束形成算法的风速风向测量方法具有较强的噪声抑制能力,在信噪比为0 dB时,风速风向均方根误差分别为0.22 m/s和0.78°,基本达到了超声波测风仪的设计要求。

用于变压器中局部放电定位的十字形超声阵列传感器研究

局部放电是电力变压器绝缘劣化的主要原因,研究局部放电定位对提高电网的安全运行很有帮助。该文研制了一种用于电力变压器局部放电定位的复合传感器,并针对该传感器进行了定位仿真和实验。复合传感器由共形的13阵元十字形超声波传感器阵列和22阵元的超高频传感器阵列组成。应用高阶累积量处理技术对十字形超声阵列进行虚拟扩展,扩展后阵列具有61个阵元的阵列性能,提高了超声阵列的孔径和方向性锐度,这极大减少了后续硬件电路和成本。利用扩展超声阵列配合超高频阵列来仿真局部放电定位,结果表明扩展阵列具有很好的定位效果。在噪声背景下与多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)方法作了比较,结果表明高阶累积量处理技术能更好地抑制各种高斯色噪声的干扰。基于该十字形超声波阵列传感器进行了局部放电定位实验,结果表明扩展后的十字形超声阵列能精确地定位局部放电,定位的相对误差小于5%。对较少数目阵元的阵列实施虚拟扩展技术,为阵列技术在电力设备上的实用化提供了可能性。

基于CAN网络的超声波测距模块设计

障碍物规避是智能车辆和移动机器人领域的重要研究内容之一。本设计以C8051F040单片机为核心,PCA82C250收发器与超声波传感器阵列相结合,实现基于CAN总线通信的超声波测距系统,并给出了工作原理及软硬件设计方法。此外,用温度补偿模块修正超声波传递误差,提高系统测量精度。实验表明,该系统具有测量数据准确,精度高,数据传递效率和利用率高等优点。能有效应用于障碍物测量中。

三维超声阵列风速风向测量方法

针对传统时差法测风精度受超声波传播时间测量精度直接影响的问题,提出了一种基于空间超声波传感器阵列及波束形成算法的三维风参数测量方法。使用一种新的一发多收的空间超声波传感器阵列结构,利用波束形成算法空域滤波,实现了增强期望信号、抑制干扰、提高测风精度的效果,仿真实验结果表明:在信噪比为5 dB时,所提方法几乎能达到100%的测量成功率,且信噪比越大,测量成功率越高,均方根误差越小。搭建了硬件实验平台对所提测风方法进行实验验证,结果表明:在允许结构误差和设备误差的前提下,所测风洞中的风速为6.363 7 m/s,与机械式测风仪所测结果6.443 m/s仅相差0.079 3 m/s,初步验证了所提方法的工程可行性。所提方法可为测风方法的探索提供一种新思路。