ΔΣ変調信号を用いた超音波センサにおけるセンサ信号処理の研究

基于ΔΣ调制信号的超声波传感器信号处理研究

基本信息

批准号：
08J01726
负责人：
平田慎之介
金额：
$ 0.38万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度の研究成果は、自律移動型ロボットの空間情報計測における低演算量で実現される超音波ドップラーシフト補償と速度分解能が高いドップラー速度計測手法の実現である。移動する対象との距離を超音波距離計測手法の1種である相互相関関法で行うためには、ドップラーシフト補償とドップラー速度計測を行う必要がある。対象が移動する場合、相互相関関数のピーク形状が変化し、正確な距離計測が困難となる。提案するドップラーシフト補償では、相互相関関数のピークの最大値と最小値の比、それらの時間を用いて高精度、低コストの距離計測を行うことができる。また提案するドップラー速度計測では、2波の線形周期変調(LPM)信号を送信し、1波のLPM信号との相互相関処理を行う。得られた相互相関関数には2つのピークが現れ、その間隔は計測対象から反射したエコーに含まれる1波のLPM信号の信号長と等しいため、得られた相互相関関数から対象とのドップラー速度を計測することができる。移動する対象との超音波距離・速度計測を行うシミュレーション・実験を行い、提案手法の評価を行った。提案したドップラーシフト補償は、自律移動型ロボットの空間情報計測のみならず、低演算量で相互相関関数における位相の変化を補償する信号処理を必要とする分野への応用も期待できる。また提案したドップラー速度計測は、従来の超音波速度計測では困難であった低速域でのドップラー速度計測を可能にした。

今年的研究成果是实现了超声多普勒频移补偿和低计算量实现的高速分辨率多普勒速度测量方法，用于自主移动机器人的空间信息测量。为了使用作为超声波距离测量方法的一种的互相关法来测量到移动物体的距离，需要执行多普勒频移补偿和多普勒速度测量。当物体移动时，互相关函数的峰值形状发生变化，使得精确的距离测量变得困难。通过所提出的多普勒频移补偿，可以利用互相关函数的峰值的最大值和最小值的比率及其时间来以高精度和低成本执行距离测量。此外，在所提出的多普勒速度测量中，发送两波线性周期调制（LPM）信号，并与一个LPM信号执行互相关处理。得到的互相关函数中出现两个峰值，它们之间的间隔等于测量对象反射回波中包含的LPM信号一波的信号长度，因此可以计算出与对象的多普勒速度可以测量获得的互相关函数。我们进行了模拟和实验来测量移动物体的超声波距离和速度，并对所提出的方法进行了评估。所提出的多普勒频移补偿不仅可以应用于自主移动机器人的空间信息测量，而且可以应用于需要信号处理以低计算量补偿互相关函数的相位变化的领域。此外，所提出的多普勒速度测量能够在低速度范围内进行多普勒速度测量，这对于传统的超声速度测量来说是困难的。