抗噪声超声波测距设备及方法
【专利摘要】本发明公开一种抗噪声超声波测距设备及方法，旨在解决当前超声波测距方法及设备受噪声影响较大测量精度低的技术问题，该设备包括对应连接的波形发生装置、发射换能装置、接收换能装置、信号处理装置、显示装置；该抗噪声超声波测距方法运用Duffing振子及Runge-Kutta算法并与接收信号的运算可以实现对障碍物精确测距；本发明具有设备结构简单、测距精度高的优点。
【专利说明】抗噪声超声波测距设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明及一种测距方法及设备，尤其涉及一种可抗噪声的超声波测距方法及设备。
【背景技术】
[0002]对于机器人与飞行器而言，要感知周边的环境，需要依靠一系列的传感器相互协调作用。而不同的传感器都有各自的优缺点，到目前为止，尚未出现一种可以完全满足环境建模需要的传感器。所以对各传感器的信息融合是环境建模的有效手段，以利于利用多种传感器获得冗余信息，以准确感知周围环境，为环境建模提供精确的数据。在环境感知技术中，超声波测距占有重要地位。超声波传感器作为一种相对廉价的距离信息传感器，具有体积小，成本低，容易部署等优点，其测距范围一般在0.3米到10米之间，精度能达到毫米级另O。由于使用超声波进行测距，所以不受外部环境光线的影响，可在夜晚正常工作，受到雨雪、扬尘等恶劣条件影响较小。其量程与精度正好适合小范围内的环境建模。因此，超声波传感器可以作为机器人的主要测距传感器。因此提高超声波测距设备的工作性能，对于智能机器人的环境感知，环境建模，路径规划以及自主移动具有重要意义。
[0003]在超声波测距中，超声波换能器发射超声波束，对障碍物进行扫描，其反射波由接
收换能器接收，并且根据 回声接收时间与发射时间的时间差I ,估计出障碍物距超声波探头的距离，即:
【权利要求】
1.一种抗噪声超声波测距设备，其特征在于，包括用于产生周期性激励信号的波形发生装置、对应连接于该波形发生装置的并将周期性激励信号转化为超声波信号的发射换能装置、用于接收经障碍物返回的超声波信号的接收换能装置、对应连接于所述接收换能装置的信号处理装置，所述信号处理装置还与所述波形发生装置建立通信连接；并在该信号处理装置的输出端对应连接有用于显示距离信息的显示装置。
2.如权利要求1所述的抗噪声超声波测距设备，其特征在于:所述周期性激励信号为正弦波周期性激励信号，其频率为30~60 KHz0
3.如权利要求1所述的抗噪声超声波测距设备，其特征在于:所述发射换能装置包括依次连接的FPGA、D/Α转换器、功率放大器。
4.如权利要求1所述的抗噪声超声波测距设备，其特征在于:所述信号处理装置包括微处理器。
5.如权利要求1所述的抗噪声超声波测距设备，其特征在于:所述显示装置包括显示屏。
6.一种超声波测距方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)设定如权利要求1所述的接收换能装置接收的经障碍物反射回的超声波信号并将其转换为周期性激励信号为:
s('f) = a(f) sin(?f + ij?)+n (?)； 式中ο(?)为该正弦波周期性激励信号的幅度，在信号s (t)末尾4 =V处具有作为特征点的峰值，<0为高斯白噪声； (2)将信号s(f)代入Duffing振子
x(i) + Φδχ(β) — φ2χ(￡) + (?) = y sm(?i)； 中，并设定X的初始值为[0,0]1, d = 0.5，JK = 0.8224，并运用Runge-Kutta算法求出τ的轨迹X⑴； (3)由X的轨迹X(t)并运用Runge-Kutta算法求解下式:
【文档编号】G01S15/08GK103969648SQ201410161074
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】王玉皞, 李博远 申请人:南昌大学