伪随机序列超声测距系统及FPGA实现.pdf

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1、2013伍仪表技术与传感器2013第2期InstrumentTechniqueandSensorNo．2伪随机序列超声测距系统及FPGA实现王荣扬，殷勇辉(1．湖州职业技术学院机电工程分院，浙江湖州313000；2．华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237)摘要：超声测距系统中多路换能器同时工作存在的超声串扰会导致错误的测量和降低系统的工作效率。为了消除串扰，采用二进制频移键控调制(FSK)构造每个超声换能器的编码激励发射序列；结合超声回波信号模型，给出了超声回波信号的解调算法；设计了一种只用异或和加法的并行数字相关技术的回波序列识别和渡越时间捕获器，它能够抑制

2、超声串扰和误码，显著减少数据处理时间和FPGA资源。FPGA仿真结果表明伪随机码(PRBS)可用于消除实时超声测距系统的串扰。关键词：伪随机码；超声测距；超声串扰；FPGA；相关捕获法中图分类号：TP216；TPgl1．2文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)02—0046—03UltrasonicRangeMeasurementSystemBasedonPRBSandFPGARealizedWANGRong—yang，YINYong—hui(1．FacultyofMechanismandElectronics，HuzhouVocationalandTe

3、chnicalCollege，Huzhou313000，China；2．SchoolofMechanicalandPowerEn#neering，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China)Abstract：Ultrasoniccrosstalk．whichearlseriouslyresultin蹦sedistancemeasurementanddecreasetheworkefficiencyofultrasonicrangesystem，oftenOCCU~whenmultiplet

4、ransducersworkingtogether．Toeliminatethephenomenonofultrasoniccrosstalk，frequency—shiftkeying(FSK)wasusedtoconstructthecodedexcitationtriggeringsequenceforeachultrasonictransduc—er．Combiningwiththemodelofultrasonicechosignal，ademodulatingalgorithmoftheultrasonicechosignalwaspresented；Apa

5、r—a11eldigitalcorrelationanalysisthatcomputedbyusingxorandaddoperationwasusedtoconstructthecodedexcitationandcap-turethetimeofflightwasintroduced，whichCaneliminateultrasoniccrosstalkandelTS，andsho~entheprocessingtimeandFPGAresource．TheresultsofFPGAsimulationdemonstratethepseudo—randombin

6、arysequencecanbeusedtoeliminatetheerosstalkofthereal—timeultrasonicrangingsystem．Keywords：corelation—capture；PRBS；ultrasonicdistancemeasurement；uhrasoniccmsstalk；FPGA0引言GF(2)上的r次多项式来表示：为避免超声串扰造成的影响，当前普遍的做法是顺序激励r)=CO+c1+．．‘+cXc，c∈{0，1}(1)超声换能器，即当一个超声换能器工作完成之后再启动下一个_o超声换能器，但这种方法会明显降低工作效率⋯；

7、文献[2]提出了通过改变超声发射信号的频率的方法来消除超声串扰；文献[3]提出了利用对各超声发射信号进行编码的方法来识别各超声回波信号。文献[4]指出消除串扰的核心是如何对超声发射序列进行合理的编码与调制，具体的讲，就是通过编码、调制等方法使每个超声换能器发射的序列与其他的不相同；在回波信图1，级线性移位寄存器号接收端，通过自相关技术识别出自身的序列，剔除串扰引起利用m序列的频移键控对频率为_厂脉冲信号进行调制得的回声序列。实践证明，伪随机序列是最适合用作超声发射的到调制信号(t)，这时(t)携带的伪随机序列S(i)是一个时脉冲信号。J。