关于超声波定位的问题

shishu · 发表于 2021-9-13 16:37:37

本帖最后由 shishu 于 2021-9-13 16:44 编辑

各位大神好！本人最近在做超声波定位的项目，基本原理是使用三个硅麦接受超声波（虽然硅麦一般是收20-20Khz的声音的，但是实际测试40Khz超声波也没有问题，其他项目上看见别人也有这样使用过），三个硅麦排列为直角坐标系（x轴一个，y轴一个，原点一个，xy轴的麦克风距离远点分别都是2cm），三个麦克风接收同一个超声波声源的信号，用adc采样求得x轴/y轴和远点麦克风的时间差，最后利用球坐标系球的声源的位置。
现在的问题是，由于是40Khz超声波周期为25us，2cm的间距排列的麦克风极限时间差分别是+-58us，这58us的时间会经历两个40Khz周期，使用平移方法可以获得不止一个极小值的拐点。最后无法确认是哪一个？如下图所示：

原始波形

平移1图

平移后2图

平移过程中，会经历好几个波峰谷，会导致得到的各点差绝对值累加后值经历好几个极小值拐点，无法区分是哪一个。上图的例子中图标注为55号的平移的步数为正确结果，但是43号也会符合规律，而且黄色曲线（各点差的绝对值）所示43号明显还要小些，搜索拐点极小值得到好几个结果如何最后再区分？不想把麦克风的距离间隔减小到不足一个周期传播的距离，这样可以完全解决多个极小值的问题但是定位角度的分辨率肯定会变小。

夏筱雨 · 发表于 2021-9-14 11:07:34

稍微改变一下频率就知道了 39k发一次 40k发一次。

shishu · 发表于 2021-9-14 14:54:56

夏筱雨发表于 2021-9-14 11:07
稍微改变一下频率就知道了 39k发一次 40k发一次。

大哥你是说39/40k交替发送信号嘛？

lhj200304 · 发表于 2021-9-14 15:53:12

硅麦现在多少钱一个？

shishu · 发表于 2021-9-14 20:44:38

lhj200304 发表于 2021-9-14 15:53
硅麦现在多少钱一个？

一块多吧

luweixuan · 发表于 2021-9-14 22:34:01

先去看一下接收波束形成阵列布置，再看CW和chirp波的时间分辨力！

luweixuan · 发表于 2021-9-14 22:38:20

推荐《麦克风阵列信号处理》、《水声学原理（第三版）》这两本书，去看一看。

wx-ta · 发表于 2021-9-15 00:17:57

luweixuan 发表于 2021-9-14 22:38
推荐《麦克风阵列信号处理》、《水声学原理（第三版）》这两本书，去看一看。 ...

感兴趣，改天看收藏了

lhj200304 · 发表于 2021-9-15 09:20:57

shishu 发表于 2021-9-14 20:44
一块多吧

这个可以用来测流量吗？

luweixuan · 发表于 2021-9-15 11:42:02

lhj200304 发表于 2021-9-15 09:20
这个可以用来测流量吗？

用绝缘油保护然后放到水里，才考虑这个吧。

lhj200304 · 发表于 2021-9-15 11:48:31

luweixuan 发表于 2021-9-15 11:42
用绝缘油保护然后放到水里，才考虑这个吧。

我说的是测流量，不是防水，我会放在塑料外壳后面保护一下的。隔一个塑料外壳测流量
超声波的穿透能力应该够的吧

shishu · 发表于 2021-9-15 12:25:51

luweixuan 发表于 2021-9-14 22:38
推荐《麦克风阵列信号处理》、《水声学原理（第三版）》这两本书，去看一看。 ...

感谢推荐

夏筱雨 · 发表于 2021-9-15 13:39:55

shishu 发表于 2021-9-14 14:54
大哥你是说39/40k交替发送信号嘛？

测量的方式和你原来不变，变个频率的目的只是为了确定是哪一个极小值的拐点。

shishu · 发表于 2021-9-25 17:07:47

夏筱雨发表于 2021-9-15 13:39
测量的方式和你原来不变，变个频率的目的只是为了确定是哪一个极小值的拐点。 ...

我试了一下发现不行，第一个就是超声波振子由于本振的缘故，用20K或者35Khz驱动其振子，振子的波形还是40Khz，只是振幅由于频率不匹配相对比40Khz较小而已，还有就是接收端的带通滤波器灯频率也固定在40Khz左右，稍许的频率变化最后导致ADC采样的波形都是40KHz 无法以40Khz 30Khz的方式交替方式来算极值。

shishu · 发表于 2021-9-25 17:17:10

shishu 发表于 2021-9-25 17:07
我试了一下发现不行，第一个就是超声波振子由于本振的缘故，用20K或者35Khz驱动其振子，振子的波形还是40 ...

现在画了另一版本，间距只有3.5mm这样能保证在移位求极值过程中只有一个极值点，但是分辨率不高，我500Khz采样40Khz,180°的角度变化分辨率只有17°，不知道使用插值的方式能否增高分辨率。

luweixuan · 发表于 2021-9-26 09:33:06

shishu 发表于 2021-9-25 17:17
现在画了另一版本，间距只有3.5mm这样能保证在移位求极值过程中只有一个极值点，但是分辨率不高，我500Kh ...

不同发射信号中，只要选定一个形式的发射信号，则物理空间结构决定物理的空间分辨率，算法只能在限定范围内取舍分辨力和旁瓣压制之间取舍。或者你可以考虑改CW发射波为相位编码的发射波，说不定还能有改善的空间。

luweixuan · 发表于 2021-9-26 09:36:22

shishu 发表于 2021-9-25 17:17
现在画了另一版本，间距只有3.5mm这样能保证在移位求极值过程中只有一个极值点，但是分辨率不高，我500Kh ...

或者增加麦的数量，也就是增长阵列长度俗称口径。可以使用matlab信号处理工具箱里的sonar阵列仿真工具，进行阵列设计。

luweixuan · 发表于 2021-9-26 09:42:45

shishu 发表于 2021-9-25 17:07
我试了一下发现不行，第一个就是超声波振子由于本振的缘故，用20K或者35Khz驱动其振子，振子的波形还是40 ...

换能器就是一个Q值较高的无源滤波器，也就说其带宽比较窄，你所使用的换能器一般只有3KHz左右的带宽。因此在其谐振频率外，信号锐减很快。受迫振动后就会受激以谐振频率衰减振荡。若想在30kHz有谐振点，您得进行换能器匹配，在30KHz有一个谐振点。

nanfang2000 · 发表于 2021-9-26 17:29:21

如果是40KHz不能调频调相的话，这种固定频率的波携带信息太少了；通信学里都讲究扩频技术就是这个道理。
一个方法是加大发送长度，而且这段时间内多次开关通断声源，这样相当于扩展你声源的频谱；这时候你平移做互相关算法，可得到极值

shishu · 发表于 2021-9-26 22:13:39

luweixuan 发表于 2021-9-26 09:36
或者增加麦的数量，也就是增长阵列长度俗称口径。可以使用matlab信号处理工具箱里的sonar阵列仿真工具， ...

大佬膜拜中

shishu · 发表于 2021-9-26 22:13:52

nanfang2000 发表于 2021-9-26 17:29
如果是40KHz不能调频调相的话，这种固定频率的波携带信息太少了；通信学里都讲究扩频技术就是这个道理。
一 ...

感谢建议

下一页 · 发表于 2021-9-27 10:37:19

感觉应该用信号相关来做，求波谷或者波峰，容易被噪声干扰

关于超声波定位的问题

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