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《基于無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)的室內(nèi)環(huán)境建?！酚蓵?huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（資助號(hào)：60475028,61271321）教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目（資助號(hào)：20120032110068）基于無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)的室內(nèi)環(huán)境建模IndoorEnvironmentModelingBasedonNon-crosstalkSonarSystem學(xué)科專(zhuān)業(yè)：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置
研究生：邊旭東指導(dǎo)教師：孟慶浩教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院
二零一三年十一月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或
2、證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要隨著移動(dòng)機(jī)器人工作領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)機(jī)器人的智能化與自主化能力提出了新的要求，即能在未知環(huán)境中執(zhí)
3、行任務(wù)的能力。這就要求移動(dòng)機(jī)器人首先能夠?qū)⑽粗沫h(huán)境進(jìn)行建模，創(chuàng)建環(huán)境地圖。本文給出了利用無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境建模的方法與實(shí)現(xiàn)方案。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)串?dāng)_測(cè)距，本文設(shè)計(jì)了基于FPGA的無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)。首先，選擇了Gold序列結(jié)合二值頻移鍵控（BFSK）調(diào)制的方式來(lái)激勵(lì)超聲換能器；FPGA程序中采用了過(guò)零極化相關(guān)算法來(lái)處理回波信號(hào)以捕獲渡越時(shí)間，減小了運(yùn)算量，提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性；搭建了測(cè)距系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，包括了六路超聲收發(fā)一體電路和信號(hào)調(diào)理電路，RS-232通訊模塊電路以便于上位機(jī)采集測(cè)距信息等。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)在環(huán)境內(nèi)進(jìn)行360°全方位掃描，設(shè)計(jì)了特殊的超聲換能器陣列，并使
4、用步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)該陣列進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描。在使用超聲測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境掃描的過(guò)程中，F(xiàn)PGA控制器通過(guò)串口通信將超聲測(cè)距信息傳送到上位機(jī)并存儲(chǔ)在文件中。對(duì)采集到的測(cè)距信息進(jìn)行以下處理，包括坐標(biāo)變換，將其轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；數(shù)據(jù)預(yù)處理，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)障礙物進(jìn)行分類(lèi)，預(yù)先判斷超聲數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)自平面還是直角的反射；然后提取等距區(qū)域。本文分別建立了幾何特征地圖和柵格地圖。在幾何特征地圖方面，使用了改進(jìn)后的基于三角測(cè)量法的數(shù)據(jù)融合算法來(lái)對(duì)直角模型進(jìn)行坐標(biāo)估計(jì)，得到了更為準(zhǔn)確的直角坐標(biāo)；對(duì)來(lái)自平面的超聲數(shù)據(jù)點(diǎn)使用最小二乘法進(jìn)行直線(xiàn)擬合，提高了幾何特征地圖的準(zhǔn)確性。在柵格地圖方面，將超聲數(shù)據(jù)信息使用到貝
5、葉斯估計(jì)算法中去，并利用幾何特征地圖中利用算法估算的直角坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)提高柵格地圖的精度。最后，將幾何特征地圖與柵格地圖進(jìn)行比較，在真實(shí)的導(dǎo)航中可以考慮將兩種地圖結(jié)合使用。關(guān)鍵詞：超聲測(cè)距現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列編碼環(huán)境建模貝葉斯估計(jì)ABSTRACTWiththeexpansionofmobilerobot’sworkarea,itproposesnewchallengetotherobot’sintelligenceandautonomation,whichistheabilityofworkinginanunknownenvironment.Firstly,therobotisneededtobe
6、abletomodeltheunknownenvironmentandcreatetheenvironmentmap.Thisthesisintroducesthedesignandimplementationofindoorenvironmentmodelingbasedonnon-crosstalksonarsystem.Inthenon-crosstalksonarsystem,theGoldsequencecombinedwithBFSKisappliedastheexcitationsequence.Thecross-zeropolaritycorrelationmethodi
7、sadoptedtoprocesstheechosignalandtocapturethetime-of-flight(TOF)ofultrasound.ThehardwareplatformisdesignedbasedonFPGA,includingtransceiverintegratedcircuit,signalprocessingcircuit,RS-232communicationmodule,etc.Aspecial
