基于PC平台的水下超声波测距系统研究

分析了传统超声波测距系统的缺点,结合实际运用,设计了一种基于PCI-1714硬件平台,通过高速采样,运用互相关时延估计的算法来确定回波到达时刻的水下超声波测距系统.在该系统的信号处理方面,引入了数字信号处理技术,通过对采样信号的互相关计算来估计回波信号的到达时刻;并给出了系统实现的组成框图和测距程序的流程图.在实验室条件下进行了实地测试,系统测量精度较高,这为水下微地形测量提供了新的手段.     

多段同频正弦信号频谱融合的LFMCW雷达测距算法

为提高线性调频连续波(LFMCW)雷达的测距精度,提出一种多段同频正弦信号频谱融合的测距算法.首先,通过易于工程实现的间断采样方式,将LFMCW雷达若干规则区差拍信号采样为多段同频正弦信号,有效避开不规则区;其次,构造加权因子对多段规则区差拍采样信号频谱进行加权积累,得到最优加权积累频谱;然后,将多段规则区差拍采样信号的最优加权积累频谱和其累加频谱进行相关运算,得到频谱相关谱;最后,谱峰搜索频谱相关谱,实现差拍信号频率的精确估计,从而实现LFMCW雷达的高精度测距.仿真和现场实验结果表明,在5～30 m的测距范围内,该算法频率估计的平均绝对误差约为FFT+ CZT法的1/5,测距精度始终保持在1 mm以下,其平均测量误差约为DEVON LS0手持激光测距仪的1/3,约为基于FFT+CZT的测距法的1/5.     

基于CORDIC算法的多频激光测距系统性能分析

本文设计了基于CORDIC角度结算方法的多频激光测距系统,测距系统中测量信号最大频率为100MHZ,在采样频率500MHZ,计算字长1 6位,回波信噪比14dB时,测量范围为300米,相位测量误差为0.0264°,距离测量精度达到0.11mm.对CORDlC算法的分析表明,当迭代次数大于十,数据位长大于十六时,CORDIC算法的截断误差对测距精度影响可以忽略不计.该方法有效地提高了测距精度并大大降低了系统的运算量.     

基于峰值校准超声波测距的研究

为了消除超声回波的起伏误差,提高超声测距的准确度.在分析了超声测距系统的信号放大相移误差和幅度起伏误差的基础上,提出了采用固定放大器的闭环增益和回波峰值校准技术消除了信号放大的相移误差和幅度起伏误差的方法,并采用数字电位器实现系统的自动增益控制,改善了回波信号的质量.结果表明:该方法提高了系统测距的稳定性和准确度.     

等效采样与移动拟合结合的超声测厚方法

针对高频超声回波信号需要高频采样频率采集的问题,提出了一种应用常规采样频率采集高频超声回波信号的方法,弥补了满足采样定理需要高频数据采集的局限性。主要是通过设计等效采样方法,把多周期的采样信号重构排序至单周期内,提高等效采样频率。针对超声回波信号关联被测工件厚度的包络特点,应用模拟乘法器降低采样信号衰减的基础上,提出FFT的粗估与移动正弦拟合算法精确提取包络相位信息的超声测厚方法,解决了传统通过峰值点位置特征直接计算工件厚度精度低的缺陷问题。实验对20 mm以内的钢板厚度检测表明：该方法绝对误差小于0.01 mm,重复性测量标准误差小于0.003 mm。     

正交调制降频相位式激光测距

为了提高激光测距的精度与稳定性,通过改良传统相位激光测距仪,设计了新型正交调制降频与最小二乘法解相位的相位式激光测距仪。使用反射镜实现内外测距光路,通过正交调制技术对发射激光进行幅度调制,接收模块接收到的回波信号经过混频器后再经过低通滤波器将回波信号降频,降低解相难度并提升解相精度。改用分时测量得到距离相位从而消除二次混频方法所产生的附加相移,分别对内外光路低频回波信号采样进行模数转换后使用最小二乘法求解相位。采用多频率调制测量兼顾激光测距范围与测量精度,最后通过超定方程解模糊算法求解多频测距的待测距离。在国家标准基线上进行样机测试,实验结果表明,在60m量程内正交调制激光测距仪的测量平均误差控制在1.5mm以内,测距量程内标准差保持在0.9mm以内。     

基于互相关法的超声波高精度回波定位方法研究

为了解决传统的互相关算法没有自适应特性且运算量较大的问题,以提高超声波测距的精度,分析了不同距离下的超声波回波信号的强度和持续时间,并结合了换能器的振动特性和声波的衰减特性,提出了一种精确定位超声波回波位置的算法。首先,采用改进的互相关算法,确定了回波起始位置的范围,再进一步比较了回波信号各个周期的方差特性,最终得到了回波信号前沿的起始位置;通过模拟仿真验证了该定位算法在低信噪比环境下的适应性,通过实际的测量实验验证了该算法的测量精度。研究结果表明:在3 000 mm实测范围内,采用了该算法的超声波测距系统,其绝对误差1.3 mm,标准偏差≤0.097 mm,可满足大部分工业测量需求。     

基于CPLD的精确模拟激光回波技术

介绍一种简单实用的激光测距机测距精度的检测方法。在研制的检测仪中,使用CPLD实现精确模拟激光脉冲回波信号,具有精度高、设计灵活、性能可靠等优点,对其实现过程进行了详细描述。     

基于伪随机序列自相关的多传感器测距系统

针对单脉冲回拨方式的超声测距方法存在抗干扰能力差和不能全方位检测环境信息等缺陷,开发了一种多传感器测距系统。该多传感器超声测距系统基于伪随机序列自相关原理,通过对发射信号和回波信号进行相关运算精确的捕捉其相位差来计算渡越时间。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件,结合超声回波的特点设计了能抑制和隔离电路中噪声的回波微弱信号接收电路、多路模数转换电路和相应的软件系统;提出了适用于该系统的误差校正方法。FPGA仿真结果表明,在误码存在的情况下,设计的基于自相关的回波信号识别系统可以很准确的消除超声串扰和计算出渡越时间。     

基于多段自相关信号及MC法的频率估计算法

针对近程LFMCW测距雷达中频信号规则区较短导致的中频信号频率估计精度不高的问题,在分析自相关信号特点基础之上,提出基于多段自相关信号及MC算法的频率估计算法。首先,利用自相关函数得到多段自相关信号;然后,通过对多段自相关信号进行时域平均,获得平均自相关信号;最后,利用频率估计的MC算法计算平均自相关信号的频率,得到频率估计值。计算验证和实测实验表明,在信噪比为-10~15 d B时所提算法频率估计精度高于MC算法及其现有改进算法,改善了LFMCW雷达的测距精度。