高精度多频脉冲超声测距法研究

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一种高精度超声波测距方法的研究

图１双比较器整形电路工作原理Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｗｉｔｈｄｕａｌｃｏｍｐａｒａｔｏｒｓ
在图１中，Ｖｍ为峰值电压；Ｖ１为比较器１的阀值
电平；Ｖ２为比较器２的阀值电平；ｔ０为回波前沿所对应
图２系统结构框图Ｆｉｇ．２Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
２．１超声波的发射本系统由单片机软件产生４０ｋＨｚ脉冲通过
８９Ｃ５２的Ｐ１．０口输出，单片机输出的ＴＴＬ脉冲通过单管变压器耦合功率放大电路实现功率放大，超声波发射传感器直接接在变压器的输出端，加在超声传感器两端的电压信号是幅值大约１００Ｖ，频率为４０ｋＨｚ的正弦波，ＴＣＦ４０－１６超声传感器在这个电压的作用下，产生４０ｋＨｚ的超声波．２．２接收电路
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－９１０（２２００６）０３－００３５－０４
超声波测距是一种非接触式检测方式，在使用中
不受光照度、电磁场、被测物色彩等因素的影响，加之
信息处理简单，速度快，成本低，在机器人避障和定
位、车辆自动导航、液位测量等方面已经有了广泛的
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脉冲雷达高精度测距方法研究与仿真

脉冲雷达高精度测距方法研究与仿真脉冲雷达是一种通过发射和接收电磁脉冲来实现测距的技术。

它在军事、安防、工业等领域具有重要的应用价值。

本文将对脉冲雷达的高精度测距方法进行研究与仿真。

脉冲雷达的测距原理是利用电磁波在空间传播的时间差来计算目标物体与雷达的距离。

通常，雷达首先发射一个短时脉冲信号，然后接收目标物体反射回来的信号。

通过测量发射信号和接收信号之间的时间差，可以得到目标物体与雷达之间的距离。

为了提高脉冲雷达的测距精度，研究人员提出了一些方法。

首先是超高精度脉冲雷达技术。

该技术利用超高精度的本振信号，以及精确的时钟同步技术，可以将测距精度提高到亚米级甚至毫米级。

这种技术通常用于精确测量静止的目标物体的距离。

其次是多普勒效应在脉冲雷达中的应用。

多普勒效应是由于目标物体与雷达之间的相对运动而导致的频率偏移。

通过测量多普勒频移，可以计算出目标物体的速度。

在脉冲雷达中，将多普勒频移转换为距离信息，可以实现目标物体的测距。

另外，脉冲压缩技术也是提高脉冲雷达测距精度的重要方法。

脉冲压缩技术利用信号处理算法，将发射信号的频带展宽，然后将接收信号与展宽后的发射信号进行相关处理，从而实现信号的压缩。

这种方法可以提高脉冲雷达的分辨率和测距精度。

为了验证上述方法的有效性，我们可以通过仿真来进行验证。

仿真可以复现雷达工作的环境和参数，通过控制变量的方法，研究不同方法对测距精度的影响。

例如，我们可以利用Matlab等工具进行脉冲雷达仿真。

通过设定不同的目标物体距离、速度等参数，分别采用不同的测距方法进行仿真实验。

通过比较仿真结果和真实值，评估不同方法的测距精度。

综上所述，脉冲雷达的高精度测距方法研究与仿真具有重要意义。

通过研究与仿真，我们可以深入理解脉冲雷达的测距原理和方法，进一步提高测距精度。

同时，仿真结果也可以为实际应用提供参考，指导雷达系统的优化和改进。

超声波测距实验方法与精度控制

超声波测距实验方法与精度控制超声波测距是一种常见的测量距离的方法，它利用超声波在空气中传播的特性来测量目标物体与测量设备之间的距离。

在这篇文章中，我们将探讨一些常见的超声波测距实验方法以及如何控制测量的精度。

首先，让我们了解一下超声波测距的基本原理。

超声波是一种高频声波，其频率通常在20kHz至100kHz之间。

超声波在空气中传播的速度约为343米/秒，而且能够在相对较远的距离内传播。

当超声波遇到目标物体时，一部分声波会被反射回来，并被接收器接收到。

根据超声波的传播时间和传播速度，我们可以计算出目标物体与测量设备之间的距离。

一种常见的超声波测距实验方法是使用超声波传感器。

这种传感器通常由一个发射器和一个接收器组成。

发射器将超声波发送出去，然后接收器接收到反射的声波。

通过测量超声波的传播时间，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距离。

这种方法可以广泛应用于自动测距和避障系统中。

为了保证测量的精度，我们需要注意几个因素。

首先是超声波的传播速度。

理想情况下，超声波在空气中的传播速度是恒定的，但实际上会受到温度、湿度等环境因素的影响。

在实验中，我们可以通过校准传感器来调整超声波的传播速度，以提高测量的准确性。

另一个影响测量精度的因素是信号的干扰。

超声波测距设备通常会受到外部噪声的影响，如其他电子设备的干扰或者周围环境的声波干扰。

为了减小信号干扰，我们可以使用滤波器来滤除高频或低频噪声，使得接收到的信号更加清晰。

此外，超声波测距还受到目标物体的形状和材质的影响。

不同形状和材质的物体对超声波的反射和吸收情况有所不同，这会影响测量的精度。

在实验中，我们可以通过测量不同形状和材质的物体来研究这种影响，并进行相应的修正。

在进行超声波测距实验时，我们还需要注意测量的范围。

超声波的传播距离是有限的，而且会随着距离的增加而衰减。

因此，在选择超声波测距设备时，我们需要根据实际需求确定测量范围，并选择适合的设备。

此外，为了提高测量精度，我们还可以使用多个传感器进行测量，并取其平均值来进行校正。

一种高精度超声测距方法的研究

Study of a N ew U ltrasonic Distance Measurement Methodwith High PrecisionW A N G Wensheng,Q I Guangx ue,W EN S huhui,FEN G Bo(Yanshan U niversity,Qinhuangdao Hebei066004P.R.China)Abstract:　A new method for ultrasonic distance measurement based on ultrasonic circulation and multi2pulse e2 cho principle is presented in the paper.The ultrasonic distance measurement system based on the single chip mi2 crocomputer is given.This method can conquer the limitation of pulse2echo times and improve the accuracy of measurement after temperature compensation.K ey w ords:　ultrasonic distance measurement;high precision;temperature compensation一种高精度超声测距方法的研究①王文生,齐广学,温淑慧,冯　波(燕山大学,河北　秦皇岛　066004)摘要:本文介绍了一种基于超声波循环反射测量原理的高精度超声测距方法,并给出了以单片机为核心的测距系统的组成.本测量法克服了多次反射法中对回波脉冲个数的限制,经温度补偿后测量精度得到了明显改善.关键词:超声测距;高精度;温度补偿中图分类号:TB559 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2002)03-0219-031　引　言超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法,和激光、涡流和无线电测距方法相比,具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点,在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力,且结构简单,成本低,因此在工业控制、建筑测量、机器人定位等方面得到了广泛的应用[1,2].但由于超声波传播声时难于精确捕捉,温度对声速的影响等原因,使得超声波测距的精度受到了很大的影响,限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用,为此,本文提出一种改进后的超声反射测距方法,并设计了以单片机为核心的超声测距系统.2　超声波循环反射测量原理脉冲反射法,又称回波法,是利用超声波在介质中传播遇到声阻抗有差异的界面时产生反射现象来工作的.根据反射次数的不同,可分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法.多次脉冲反射法是目前最常用的一种超声测距方法,它是指一个超声脉冲多次往返于超声探头与被测界面之间,通过检测电路得到各个超声波发射和接收的波形,再由波形整形后得到相当于超声波传播声时的方波信号[3].由此声时和超声波在已知介质中的声速便可以得出距离,超声波探头到被测物体的距离公式为:x=nc2kf r(1)2002年9月传　感　技　术　学　报第3期①来稿日期:2002204215其中:x ———超声波探头到被测物体的距离;c ———超声波在介质中的传播速率;k ———反射回波个数;f r ———时标(晶振);n ———测距时间内的脉冲计数值.应用多次脉冲反射法进行测量时,由于超声波能量在传播过程中逐渐损耗,所以有效回波只有四或五个.当测量的分辨率要求在微米级时,对所需时标晶振的频率要求依旧很高,且电路调试困难,但若利用第K 个回波产生一个反馈信号,再次激发超声波发射电路使之产生一个新的用于测量的脉冲,从而实现声循环,这就是声循环多次脉冲反射法测量原理,假设反馈次数为m 则式(1)表达为x =nc 2kf ′r m(2)在分辨不变的条件下,将计数频率减至原来的1/m ,从而保证了测量精度和线路的稳定性.同时也就是说在低频时标晶振下实现高的分辨率.3　测距系统组成按照超声波循环反射测量原理设计的测距系统如图1所示,其中k =4,m =4.系统以单片机为核心,主要由超声波收发电路、循环反射电路、温度测量电路和计数电路组成,另外还附有键盘及显示部分.图1　超声测距系统构成3.1　超声收发电路本系统是选用以水为介质而设计的,且测试距离小于15cm ,采用压电陶瓷振子制作的水浸式单探头,为了提高检测精度,选用工作频率为10MHz 的超声波换能器.最初的控制信号来自单片机,发射电路由窄脉冲触发电路后接功率放大器,并采用电磁耦合方式隔离数字电路和模拟电路,以减小两者间的相互干扰.接收电路中由于接收的回波幅值很小,不能够推动后级电路工作,采用集成电路U PC1018C 对回波信号进行放大,可以得到令人满意的4个回波.同时也必须在它和发射电路间加上电磁隔离减少干扰.3.2　循环反射电路首先,单片机给出初始脉冲经或门触发超声波发射电路,同时触发单稳触发器2,然后单稳2的反相输出给与门2用来屏蔽在发射超声的同时在接收端产生的脉冲信号,其同相输出去触发两个R 2S 触发器,此时打开与门3,关闭与门4和与门5,计数器1开始对回波脉冲进行计数,当计满3个脉冲后,计数器1触发单稳态触发器进而触发R 2S 触发器,打开与门4,使第四个回波通过,作为反馈信号经过或门再次触发超声波发射电路,从而实现了声循环反射原理的应用,计数器2用来控制循环次数,当循环四次后,通过触发R 2S 触发器来关闭与门3,打开与门5,使最后一个回波通过去触发R 2S 触发器2,其输出脉冲宽度即是总的超声波传播声时.由于超声波发射与接收之间存在电路延时,当循环次数增加时,延时是比较长的,必须在声时中除去,因此,电路中采用单稳1产生一个宽延时脉冲,用来提取发射脉冲经电路延时后在接收端产生的脉冲信号,图中R 2S 触发器1的输出脉冲宽度即为电路延时时间.3.3　温度测量和计数电路由于超声波在水中的传播速度受到水的温度和压力等因素的影响,受温度的影响尤为明显,而测距精度由超声传播时间和声速决定,所以必须对声速进行温度补偿.水中声速与温度的关系如下式:22 传　感　技　术　学　报 2002年c =1449.2+4.623t -0.054t2(3) 采用AD590作为温度传感器,其电压信号经AD 变换后给单片机,计算出实时的声速,消除温度的影响,AD590线性度良好,且是电流输出型器件,精度不随引线的长度变化.计数电路的精度主要取决于时标晶振的频率和稳定性.为了实现高精度测量,必须提高分辨率.若以声波在水中速度为1500m/s 计算,分辨率要求为1μm 时,则对时标晶振的频率要求大约为47MHz ,因此选用频率为50MHz 的恒温时标晶振,实现了对声时的高精度计数,即可以得到准确的声时.4　结　论 (1)　本文在超声波多次反射测距方法的基础上,提出声循环反射测量法,并设计了高精度测试系统,在时标晶振频率不变的情况下使分辨率提高了四倍,大大改善了测距的精度.(2)　采用AD590温度传感器设计了声速温度补偿通道,可测出实时声速并及时补偿.(3)　设计了超声发射接收延时的提取电路,改善了声时的准确性.参考文献[1]　Grmmel PM.Improve ultrasonic detection using the ana 2lytic signal magitade[J ].Ultrasonic ;1981;19(2):73～76[2]　翟国富,刘茂恺.一种实时高精度的机器人有超声波测距处理方法[J ].应用声学,1990;(1):17～24[3]　Marioli ,et al.Digital time 2of 2flight measurement for ul 2trasonic sensors [J ].IEEE Trans Instrument Means.1992;41(1):93～97作者简介王文生(19762),男,河北省人,燕山大学测试计量技术与仪器专业的硕士生.主要从事模式识别及光电检测方面的研究.122第3期王文生,齐广学等:一种高精度超声测距方法的研究。

提高超声波测距精度方法的研究

标签：提高超声波测距提高超声波测距精度方法的研究1 引言超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。

和其他方法相比，如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。

然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。

一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差；二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。

其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义。

2 超声波测距基本原理超声波测距的基本工作原理是测量超声波在空气中的传播时间，由超声波传播时间和传播速度来确定距离障碍物的距离，即所谓的脉冲——回波方式。

该方式的基本电路框图如图1所示。

由发射传感器、发射电路、接收传感器、接收放大电路、回波信号处理电路和单片机控制电路等几部分组成。

发射电路通常是一个工作频率为40 kHz的多谐振荡器，该振荡器可由555时基集成电路或其他电路构成多谐振荡器电路型式。

多谐振荡受单片机控制，产生一定数量的发射脉冲(通常为5～16个)，用于驱动超声波发射传感器，并激励出超声波在空气中传播，遇障碍物反射而返回。

超声波接收传感器通过压电转换的原理，将由障碍物返回的回波信号转换成电信号，由于该信号幅度较小(几到十几毫伏)，因此须由低噪声放大、40 kHz带通滤波电路将回波信号放大到一定幅度，且干扰成分较少，并由回波信号处理电路转换成方波信号，送至单片机系统进行时间测量和距离的显示。

提高超声波测距精度研究的开题报告

提高超声波测距精度研究的开题报告一、研究背景与意义超声波测距技术是一种广泛应用于工业、医疗、环保等领域的高精度测量方法，其精度和可靠性对于许多应用来说至关重要。

目前，随着科学技术的不断发展和应用需要的增加，超声波测距技术也不断得到改进和提高，但其精度仍然需要进一步提高。

本研究旨在通过对超声波测距精度提升的研究和探究，从而能够更好地满足各领域对高精度测量的需求，对于超声波测距技术的发展和应用有着重要的意义。

二、研究内容本研究的具体内容包括以下几个方面：1. 超声波测距技术原理及应用：对超声波测距技术的原理和应用进行介绍，包括其测距原理、测量范围、误差来源等方面内容的讲解。

2. 超声波测距精度分析：从理论上分析超声波测距的精度，揭示其误差来源和计算方法等，为后续的提高精度奠定基础。

3. 超声波测距误差分析与优化：分析超声波测距的误差来源，重点针对常见的测量误差进行分析与优化，涉及到超声波信号处理、测量环境优化等方面的内容。

4. 超声波传感器性能分析：对超声波传感器的性能进行测试和分析，探究其对测距精度的影响，为后续的优化工作提供依据。

5. 测量实验与结果分析：通过实验验证提高的超声波测距精度，并对实验数据进行统计和分析，验证理论分析和优化改进方案的正确性和实用性。

三、研究方法与技术路线本研究主要采用理论研究和实验研究相结合的方法，包括以下具体步骤：1. 理论分析：深入研究超声波测距技术的原理和误差分析，发现并解决现有技术中存在的误差问题，为提高测量精度奠定基础。

2. 设计实验：设计针对超声波测距系统的测量实验，以实验验证理论分析和优化改进方案的正确性和实用性。

3. 实验测试：采用超声波信号处理系统进行实验测试，记录实验数据并分析误差来源。

4. 结果分析：分析实验数据并总结出提高超声波测距精度的有效方法，确定方案并进行实验验证。

5. 结论归纳：综合实验结果和理论分析，归纳得出提高超声波测距精度的方法和技术，为超声波测距技术的应用提供新的解决方案。

高精度高重频脉冲激光测距系统

第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2011高精度高重频脉冲激光测距系统纪荣祎，赵长明，任学成(北京理工大学光电学院，北京100081)摘要：在三维激光扫描探测系统中，激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数。

介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点，设计了一种以Nios II嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统。

通过分析影响测量重频和测距精度的因素，采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别，使用TDC-GP2高精度时间间隔测量芯片进行精密计时，设计了基于Nios II嵌入式软处理器的计时控制系统以提高测量重频。

实验结果表明：实现了测量重频为20000次/s、测距精度为3cm的激光测距。

与传统的单片机控制的计时系统相比,该系统不仅测量重频和测量精度高，且具有更好的可扩展性和灵活性。

关键词：脉冲激光测距；精密时间测量；三维激光扫描；Nios II中图分类号：TN247文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1461-04High precision and high frequency pulse laser ranging systemJi Rongyi,Zhao Changming,Ren Xuecheng(School of Photoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China)Abstract:In three-dimensional(3D)laser scanning detection system,the measurement repetition rate and measurement precision of laser ranging are the key parameters affecting the performance of the whole system.The work characteristics of3D laser scanning detection system were introduced,and a high repetition rate and high measurement precision pulse laser ranging system based on the Nios II soft-core was designed.According to the analysis of the factors which affected the repetition rate and precision of range measure,the double-threshold time discriminator was adopted to produce timing mark for the start-stop time discrimination,and the TDC-GP2high-precision interval measuring chip was used to achieve high precision on time measure.In addition,the time measure control system based on the Nios II soft-core was designed to improve the measurement repetition rate.Experimental results show that the measurement repetition rate of20000/s and the ranging precision of±3cm are pared with the traditional MCU time measure control system,the designed system owns the advantages of high repetition rate and high measurement precision,furthermore,it is more expandable and flexible.Key words:pulse laser ranging;high precision time measure;3D laser scanning;Nios II收稿日期：2010-12-18；修订日期：2011-01-17基金项目：国防科技工业技术基础科研项目(J172009C001)作者简介：纪荣祎(1984-)，男，博士生，主要从事三维扫描激光探测系统的研究。

超声波精确测距的研究

超声波精确测距的研究超声波测距是一种重要的无损检测技术，在工业、医疗和科研等领域具有广泛的应用价值。

随着科学技术的发展，对超声波测距的精度和稳定性的要求也越来越高。

本文将围绕超声波精确测距的研究展开，首先介绍超声波测距的背景和现状，然后提出存在的问题和相应的研究方法，最后分析实验结果并展望未来研究方向。

超声波测距的研究现状超声波测距的方法主要有时间差法、幅值法、频率法和相位法等。

其中，时间差法是最常用的方法，其原理是利用超声波传播速度与传播时间的乘积来确定距离。

目前，研究人员已经提出了多种优化时间差法测距的技术，如多普勒频移补偿、回波信号增强、噪声抑制等。

问题提出尽管现有的超声波测距方法已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题。

首先，测距精度受到多种因素的影响，如超声波传播速度的变化、检测表面的粗糙度等。

其次，现有的方法在低噪声环境下测距效果较好，但在复杂环境下，如存在多径效应、衰减效应等时，测距精度和稳定性会受到较大影响。

因此，如何提高超声波测距的精度和稳定性是亟待解决的问题。

研究方法为了解决上述问题，本文采用了以下研究方法：1、实验设计：设计不同距离、不同材料的超声波测距实验，以模拟实际应用中的各种情况。

2、数据采集和处理：利用高精度数据采集卡和信号处理软件，获取超声波回波信号，并进行信号增强、噪声抑制等处理。

3、误差分析：通过对实验数据的分析，找出影响测距精度的主要因素，并对其进行误差分析。

实验结果与分析实验结果表明，超声波测距的精度和稳定性得到了显著提高。

在近场区域内，测距误差小于1%，稳定性良好；在远场区域内，测距误差略高，但仍在可接受范围内。

通过对实验数据的分析，发现超声波传播速度的波动和检测表面粗糙度是影响测距精度的主要因素。

在复杂环境下，本文所采用的方法具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。

结论与展望本文通过对超声波精确测距的研究，提出了一种有效的优化方法，提高了测距精度和稳定性。

然而，仍存在一些局限性，如对复杂环境的适应能力有待进一步提高。

高精度调频连续波雷达测距算法的研究

高精度调频连续波雷达测距算法的研究随着科技的发展，高精度调频连续波雷达（High Accuracy Frequency Modulated Continuous Wave Radar，简称HFMCW雷达）已经广泛应用于各种领域，如导航定位、环境监测、无人机导航等。

而在这些应用中，精确的测距功能是HFMCW雷达最重要的性能指标之一HFMCW雷达通过频率调制的方式，实现对目标的距离测量。

其工作原理是，雷达发射一段频率不断变化的连续波，当这段连续波被目标反射回来后，雷达接收到的信号会带有一定的频率偏移。

通过分析接收信号的频率偏移，可以计算出目标与雷达的距离。

由于HFMCW雷达的调频范围有限，且目标反射信号的频率偏移较小，因此需要采用高精度的测距算法。

一种常见的高精度测距算法是基于距离-频率关系的线性拟合法。

该算法通过采集一段时间内的连续波信号，通过将时间域信号转换为频率域信号，并对频谱进行线性拟合，从而获取目标的频率偏移和距离。

具体来说，该算法需要进行以下几个步骤：1.采样和混频：将连续波信号进行采样，得到一段时间内的信号序列。

然后将信号序列与一段生成的连续波进行混频，得到频移后的信号序列。

2.快速傅里叶变换（FFT）：对混频后的信号序列进行FFT变换，将其从时域转换为频域。

得到频率-幅度谱。

3.相位解调和频率解调：根据频率-幅度谱，进行相位解调和频率解调，得到每个频率对应的相位和频率值。

4.线性拟合：根据相位和频率值，进行线性拟合，得到拟合的斜率和截距。

根据斜率值就可以获得目标的距离值。

需要注意的是，HFMCW雷达测距的精度还受到一些误差的影响，如多径效应、杂散信号等。

为了减小误差的影响，可以采取一些技术手段，如选择合适的调制波形、增加信道带宽、加大数据采样率等。

总结起来，高精度调频连续波雷达的测距算法主要是基于距离-频率关系的线性拟合法。

通过采样、混频、FFT变换等步骤，获取到频率-幅度谱，然后进行相位解调、频率解调和线性拟合，最终得到目标的距离值。

高精度多脉冲激光测距回波检测技术

第39卷第1期2018年1月应用光学Journal of Applied Optic;Vol. 39 No. 1 Jan. 2018文章编号！002-2082(2018)01-0135-06高精度多脉冲激光测距回波检测技术高玮，马世伟，段园园(西安应用光学研究所，陕西西安710065):针对远距离激光测距机回波信号脉宽强度特征和噪声的统计特性，提出了一种高精度多脉冲激光测距机的回波信号检测技术。

采用时钟移相分配方式实现了 400 M H z高速信号采集及数字化处理，提高了回波脉冲的检测精度。

采用A R M嵌入式高速核处理器进行数据算法处理，完成了滤波降噪、自适应门限检测和多帧相关检测等功能，使回波信噪比提高了 7.6d B，达到远距离精确获取目标距离信息的目的。

:低信噪比；多脉冲；高速数据采集；多帧相关检测中图分类号：TN247 文献标志码：A doi：10. 5768/JAO201839. 0107001High precision multi-pulse laser ranging echo detection technologyG a o W e i,M a S h i w e i，D u a n Y u a n y u a n(Xi’an Institute of Applied Optics，Xi’an 710065,China)Abstract：Aiming at the pulse width intensity features of echo signal of long-distance laser rangefinder and the statistical characteristics of noise，a echo signal detection technology of cision multi-pulse laser range finder was proposed. The 400 M H z high-speed signal acquisitionand digital processing was achieved by using the clock phase shift distribution way,so as to improve the echo pulse detection accuracy.A n A R M embedded high-speed core processor was usedfor data processing,the functions of filtering noise reduction,adaptive threshold detection,multiframe correlation detection and others were completed,which can make the signal-to-noise ration(S N R)increased by 7. 6 dB and make the goal for acquiring long-distance target information curately achieved.Key words：low S N R;multiple pulses；high-speed data collection；multi-frame correlation detection引言现代光电对抗系统中，激光测距机可提供目标的准确距离信息，在精确打击的激光武器系统中具有不可或缺的作用。

一种高精度超声波测距仪测量精度的研究

通过对测距仪的结构进行优化设计和改进 , 安装了具有温度补偿功能的标准校正板 ,消除了环境温度的变化对测距精度的影响.
第 1 期卜英勇等一种高精度超声波测距仪测量精度的研究 89
实测距离
/ mm 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Ψ( t) =
12πe -
(
2
t/
2)β2
ejωt
(3)
式中 : j = - 1 ,β 为形状控制参数 , 当取 β = 1
时. 其实部、虚部及模如图 3 所示.
图 2 超声波测距仪结构及测量示意图 Fig. 2 The structure of ultrasonic distance measurement
境噪声信号 ,获得更平滑、理想的回波包络曲线. 利用包络峰值检测原理对小波包络后的回波信号分析处理 ,从而准确计算回波前沿的到达时刻. 3. 2 回波信号的包络峰值检测
根据小波分析理论提出一种新的确定回波前沿的计算方法 ,即回波信号的包络峰值检测法. 通过示波器对回波波形进行观察 ,可以发现对同一探测物 ,不同传播距离的回波包络线都有较好的一致性 ,回波波形都大致相同 ,只是波幅不同 ,并且同一距离时的不同类型探测物的回波波形也大致相同 ,只是波幅不同. 从工程精度考虑 ,可以认为超声回波幅值包络线的形状基本不随回波信号的大小而变化. 即回波信号包络峰值所对应时刻 tp 与回波前沿到达时刻 t0 间的时间差 ( tp - t0) 不随探测物远近的变化而变化. 而时间差 ( tp - t0) 也容易通过实验计算出来. 因此 ,可将接收回波信号的包络峰值所对应的时刻 tp 作为停止记数的时刻 ,用回波包络峰值所对应时刻与回波前沿到达时刻的时间差 ( tp - t0) 就可消除由于时间检出点变化所引起的测量误差. 回波信号在进行线性

基于一种高精度超声波测距仪的研究

３ｍ远的距离，然后给ＬＭ３５８做电压比较得到，ＩＴｒＬ方波信号给单片机接收。次接收电路中只需要提供一个１０ｕｓ以上脉冲信号，该模块内部将发出８个４０ｋｈｚ周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与测量的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离：距离＝高电平时间× 声速（３４０ｍ／ｓ）／２。此电路的缺点是ＬＭ３２４其对４０ｋｈｚ的信号放大时，放大倍数受到频率高的限制，即增益带宽积ｆＨｘＡｕ，使放大倍数最高位２０，这是经过示波器多次数据测量和观察的结果。 ’ ４超声波测距注意问题及改善方法通过对本系统的实验在测距过程中需要注意以下问题：４．１温度影响测量精度：稳定准确的超声波传播速度是保证测量精度的必要条件．。而超声波在空气中传播时，其速度受到了温度、湿度、粉尘、大气压、气流等因素的影响。其中温度影响最大，超声波在空气中的速度与温度的关系表达式为：ｃ＝３３１．４５
量距离准确，结构简单等特点。关键词：超声波；测距；系统
引言
随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、ＣＣＤ探测、雷达测距、激光测距等。超声波测距是一种无损检测技术的表现形式，在实际生活中由于它方向性强，在空气中能量消耗缓慢，并且不受周围环境的影响，在电磁场中衰减小，所以被广泛使用在倒车、测距等领域。１超声波测距原理分析一能够完成产生超声波和接收超声波功能的装置就是超声波传感器，也称为超声波换能器或超声波探测器。超声波传感器在测量

脉冲多普勒雷达的高重频调频测距性能分析的开题报告

脉冲多普勒雷达的高重频调频测距性能分析的开题报告一、研究背景和意义脉冲多普勒雷达（Pulse-Doppler Radar）是一种常用于空中搜索、目标跟踪和导航等领域的雷达系统。

在实际应用中，脉冲多普勒雷达的测距性能是其最基本的性能指标之一，因此，对于脉冲多普勒雷达的测距性能进行分析和优化具有重要的理论意义和实际应用价值。

高重频调频（High PRF）雷达是一种特殊类型的脉冲多普勒雷达，其在一定的时间内发送多个射频脉冲，实现对于快速移动目标的距离和速度测量。

高重频调频技术可以有效提升雷达的测距性能，但是也存在一些问题，如由于雷达系统的建立时间和其它因素，导致测距误差的增加等。

因此，本文将对高重频调频雷达的测距性能进行分析，并探讨不同因素对测距误差的影响，进而为高重频调频雷达系统的设计和优化提供理论依据。

二、研究内容和目标本文的研究内容主要包括以下几个方面：1. 分析高重频调频雷达的工作原理和测距方法，了解其基本性能和关键指标；2. 探讨不同因素对高重频调频雷达测距误差的影响，如雷达系统特性、环境因素、目标特性等因素，并分析其对测距误差的贡献；3. 建立高重频调频雷达测距误差模型，并进行性能优化；4. 模拟和验证高重频调频雷达的测距性能，并得出实际应用中最优的性能指标。

三、研究方法和技术路线本文将采用综合分析方法，结合机理分析、数学建模和数字仿真等技术手段，对高重频调频雷达的测距性能进行研究。

具体技术路线如下：1. 研究高重频调频雷达的工作原理和测距方法，建立理论模型；2. 采集雷达系统的相关数据，并进行处理和分析；3. 设计实验方案，进行数字仿真和实验验证；4. 对测距误差进行分析、建模和优化；5. 验证优化结果，并得出最优性能指标。

四、研究成果和预期目标通过本文的研究，预期可以得出以下成果：1. 分析高重频调频雷达的工作原理和测距方法，掌握其基本性能和关键指标；2. 探讨不同因素对高重频调频雷达测距误差的影响，建立误差模型；3. 针对误差模型，提出优化策略，得出最优的性能指标；4. 验证优化结果，并实现基于高重频调频雷达的测距性能优化。

高精度超声波测距系统的设计与实现

∙高精度超声波测距系统的设计与实现∙发布时间：2009-8-3 阅读次数：214 字体大小: 【小】【中】【大】引言在工程实践中，超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。

它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。

利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。

超声波测距的基本原理超声波发生器在某一时刻发出超声波信号，遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器接收到。

只要计算出超声波信号从发射到接收到回波信号的时间，知道在介质中的传播速度，就可以计算出距被测物体的距离：d=s/2=(vt)/2 （1）其中d为被测物到测距仪之间的距离，s为超声波往返通过的路程，v为超声波在介质中的传播速度，t为超声波从发射到接收所用的时间。

为了提高精度，需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系：v=331.4+0.61T （2）式中，T为实际温度(℃)，v的单位为m/s。

压电式超声波传感器的原理目前，超声波传感器大致可以分为两类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生的超声波。

电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。

它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。

在工程中，目前较为常用的是压电式超声波传感器。

压电式超声波传感器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。

压电式超声波发生器的内部有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时即为超声波接收器。

一种改进的高精度超声测距方法研究

隔。详细介绍了系统工作原理并分析了该方法的理论误差，绍了超声测距系统的的实现方案、成结构及软件设计。介组选用表面光滑的静电板为被测物体进行了测距实验，２０ｎ在０ｒｍ￣１０ｍ２０ｍ测距范围内，大测量误差不超过８最ｍｍ，实验结

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高精度超声波测距

超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而用于距离测量。

利用超声波检测往往较迅速、方便、计算简单、易于实时控制，且测量精度能达到工业实用要求，因此在移动机器人的研制中得到广泛应用。

移动机器人要在未知和不确定环境下运行，必须具备自动导航和避障功能。

超声波传感器以其信息处理简单、速度快和价格低的特点广泛用作移动机器人的测距传感器，实现避障、定位、环境建模和导航等功能。

2 系统总体设计方案2．1 超声波测距原理2．1．1 超声波发生器超声波为直线传播方式，频率高，反射能力强。

空气中其传播速度为340 m／s，容易控制，受环境影响小。

因此采用超生波传感器作为距离探测的“眼睛”，可用于测距领域的超声波频率为20～400 kHz的频段，空气介质中常用为40 kHz。

2．1．2 压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上利用压电晶体的谐振工作。

超声波发生器内部结构有2个压电晶片和1个共振板。

当它的两电极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电品片振动，将机械能转换为电信号，这时就成为超声波接收器。

2．1．3 超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，碰到障碍物就立即返回。

超声波接收器收到反射波立即停止计时，超声波在空气中的传播速度为340 m／s。

系统中，超声波测距采用检测超声波往返时间的方法。

由于时间长度与声音通过的距离成正比，当超声波发射极发出一个短暂的脉冲波时，计时开始；当超声波接收端接收到第1个返回波脉冲后，计时立即停止。

根据计时器记录的时间t，可计算发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t／2。

这就是所谓的时间差测距法。

2．2 系统总体设计该系统采用μC／OS-lI操作系统，系统将软件划分为4个功能模块：回波A/D采集模块，LED显示和按键处理模块，LCD显示模块，报警、存储及串口处理模块。

一种高精度超声波测距系统的改进

一种高精度超声波测距系统的改进第一篇：一种高精度超声波测距系统的改进在现代工业生产过程中,利用超声波进行近距离非接触式测量越来越广泛，例如液位的测量、煤层的测厚、机器人定位、辅助视觉系统、车辆的定位与导航、汽车防撞雷达、井深及管道长度测量等方面。

根据超声波纵向分辨力高、对色彩和光照度不敏感、抗电磁干扰能力强等特点，可以设计出精度较高的超声波测距系统，应用于漫反射差和有毒等恶劣环境中。

但传统的超声波测距仪由于采用固定阈值的比较器比较输出，测量精度普遍较低[1]。

本文从回波信号处理的角度出发，分析了超声波回波曲线的特性，利用回波包络的峰值检测以确定回波到达时刻的方法，并介绍一种以89C52单片机为核心、具有自动增益控制和峰值包络检测、高精度的收发一体式超声波测距系统的硬件电路和软件设计。

回波信号包络研究传统的利用固定电平判断回波到达时刻的超声波测距方法存在较大误差。

针对这种误差提出的可变阈值的超声波测距方法，由于干扰信号的存在，超声波测距主芯片会产生误判回波时刻的到来，从而导致测量数据不准确。

超声传感器通过压电晶片的逆效应——电致伸缩，在空气介质中产生超声波。

测距所用超声波一般都是以间断的高压单脉冲发射，每测距一次，需要发射、接收一次。

所以在测距脉冲的发射过程中，传感器晶片经历了起震、加强和衰减三种状态，并产生多个谐振周期的超声波；接收过程中，传感器晶片在多个谐振周期的超声脉冲作用下，通过压电效应在晶片两端产生起伏电压。

厦门大学的童峰等研究了单脉冲发射时超声回波的起伏特性，并根据声的发射、反射理论及应用力——声类比，推导出了理想条件下的测距回波包络曲线方程[2]。

在此理论基础上，通过大量实验，每次发射1个脉冲宽度为时间?子的脉冲，来验证这种超声波回波起伏特性。

图1为通过放大、带通滤波、AGC电路以后，用T ektronix数字存储示波器存储得到的回波波形。

可以验证：超声回波在脉宽时间处，电压峰值达到最大，和童峰的理论分析基本吻合，这也为本文应用在判断回波到达时刻的处理方法提供了理论和事实依据。

高精度的超声波测距系统

高精度的超声波测距系统张平，郭慧机电工程学院，中国电子科技大学成都，611731，中国邮箱：zhangping3344521@163.con摘要超声波易于传输，具有良好的反射性能，它的速度远远低于飞行速度，所以设计了一种基于STC89C52RC的超声波测距系统，该系统可在有关范围内有效372厘米，经过反复试验，测量误差可以小于到1厘米，所以该系统可应用于智能障碍与车辆运输和其他系统。

关键词单片机超声波发送接收测距温度补偿1 引言目前，超声波测距的主要方法包括脉冲反射波法、相位调制频率调制和FFT-based方法。

在这些方法中，脉冲反射波法具有良好的适应性,这种方法不仅可用于手工测试，而且可结合到自动化系统中。

所以它最广泛使用是在家里和船上。

目前，微波和激光理论测距已应用于超声波测距系统。

它可以是一个很好的研究。

另一方面，过滤和分析的回声也可以吸引更多的和许多专家和学者的关注。

随着提高超声波理论的理解，我们知道如何提高精度和抗干扰能力将是最重要的性能指标。

在本文中，脉冲回波理论是用来整个系统的设计。

下面的内容主要是分为三个部分。

第一部分介绍该系统的硬件体系结构。

第二部分介绍了系统的软件处理。

第三部分描述了数据处理技术。

在这种情况下，读者可以有一个全面的对系统的理解。

2 超声波测距系统的原理考虑了实际工程的需要，我们选择超声波，频率为40千赫。

超声波传感器是这种装置可以感应声音和电力，也被称为超声波换能器、超声波探头。

在某些频率范围内，它可以将电信号转换为体外超声信号或改变外部超声信号为电信号。

在本文中，我们选择T / r40-12超声压电换能器，它的工作频率40千赫，它的外部直径12cm。

超声波发生器发出的超声波信号在一个一定的时间里，超声波信号经过被测对象反射后，超声波接收器能接收信号，只要我们记录发送的时间和接收时间，我们可以计算出从超声波发送地到被测物体的距离。

这个距离计算公式为：D=S/2=VxT/2 （1）D是测距装置和测量对象之间的距离S超声波运输距离V是超声波的速度。

高精度超声波智能测距仪的设计与实现

高精度超声波智能测距仪的设计与实现高精度超声波智能测距仪的设计与实现超声波是频率高于20KHZ的声波，它指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。

利用超声波检测迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，在使用中不受光线、粉尘、电磁波等因素影响，且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制、避障、车辆的定位与导航、液位测量等领域应用广泛。

1超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

已知超声波在空气中的传播速度为c，根据计时器记录的发射和接收的时间差t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=c t/2。

2误差分析根据超声波测距原理s=c t/2，可知影响测量距离准确性的因素有两个：传播速度c和时间差t。

所以尽可能地消除这两个因素的影响就可以提高测量的精度。

超声波传播速度在固体中最快，在气体中最慢。

超声波在空气中传输速度和温度有关，温度越高传输速度越快。

如果环境温度变化明显，必须考虑温度补偿问题。

空气中超声波传输速度和温度关系表示为：c=331.45＋0.607T(m/s) 式中T为环境温度，℃。

常温下超声波传播速度是340m/s,由于反射式测量有两倍的测量路程，则被测距离和测量时间的关系为d=340/2 t，即计时1us 对应被测距离为0.17mm。

所以采用计时器的计数频率为1MHZ 时，对应的测距最小分辨率为0.17mm。

这种分辨率已满足绝大多数工业测量的要求。

3系统硬件设计图1系统硬件框图 3.1超声波发射电路图2超声波发射电路图3.2超声波接收电路超声波接收电路负责接收超声波信号.并将超声波信号转换成单片机能识别的电信号。

超声波换能器在接收到超声波信号时，由于压电效应会在两个接头上产生微弱的电压信号。

利用这一性质，设计前置放大电路，带通滤波、自动增益控制电路和整形电路，将模拟信号转变成为数字信号。