基于EMD-TFPF结合Teager能量算子的超声红外电子白板定位算法研究

发布时间：2017-04-27 19:03

  本文关键词：基于EMD-TFPF结合Teager能量算子的超声红外电子白板定位算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声红外电子白板通过测量超声到达时间(TOA)来实现定位,可实现随意书写、标注、存储和远程交互等众多功能。它除了在教育,还在会议、展览和培训等众多领域,得到广泛应用。在使用环境中,因存在大量的声、光和电磁等干扰,接收的超声信号受到一定程度的损坏,影响电子白板的定位精度。目前常用的硬件阈值和软件去噪方法,存在无法消除自身引入的干扰、检测误差和对非平稳信号去噪效果不理想的问题。本文根据超声信号波形稳定可靠的特征点——一个超声波形只有一个最大峰值,将判断出的最大峰值对应时间,作为超声时延。因此提出了基于EMD-TFPF结合Teager能量算子精确地提取超声时延的算法,来实现定位。该算法从波形特征角度出发,提高了算法抵抗噪声的能力和对环境的适用性。首先需要从含噪超声中尽可能完好地提取超声信号,又因含噪超声是非平稳信号,本文采用经经验模态分解(EMD)优化后的时频峰值滤波算法(TFPF)对它进行去噪,一定程度上克服了EMD自身模态混叠的缺陷和TFPF算法中窗长选择的矛盾。与常用的时频分析方法(如短时傅里叶变换和小波变换等)处理非平稳信号存在时频窗口固定的缺点相比,经EMD-TFPF算法去噪后的超声在信号保真和噪声压制方面取得更好的平衡。其次需要判断去噪后超声波形的最大峰值,本文采用比时域及频谱能量提取效果更好的的Teager能量算子(TEO)来提取波形的瞬时能量(即波形峰值),然后判断出超声波形的最大峰值,并将最大峰值对应的时间作为超声信号的时延。与利用模拟电路提取信号时延相比,该方法易于实现,更加稳定,不受硬件电路自身条件限制。本文通过实验仿真证明,该算法在超声红外电子白板中的定位方面行之有效,为超声去噪和基于超声定位的汽车自动导航等其他领域应用提供新思路。
【关键词】：电子白板 超声红外定位 EMD-TFPF算法 Teager能量算子
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB559
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文的主要研究内容及创新点13-15
• 第二章 系统总体方案设计15-25
• 2.1 系统框架15-17
• 2.2 超声红外时延简介17-21
• 2.2.1 干扰信号及超声波形分析17-20
• 2.2.2 时延定位原理20-21
• 2.3 定位算法整体框架21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 EMD-TFPF算法在超声去噪中的研究25-51
• 3.1 时频峰值滤波算法(TFPF)25-36
• 3.1.1 基本概念25-28
• 3.1.2 时频峰值滤波算法28-30
• 3.1.3 时频峰值滤波无偏估计条件30-33
• 3.1.4 基于TFPF算法在超声去噪中的应用33-36
• 3.2 经验模态分解(EMD)36-47
• 3.2.1 基本概念36-39
• 3.2.2 EMD分解算法39-42
• 3.2.3 基于EMD分解在超声去噪中的应用42-47
• 3.3 EMD分解优化的TFPF算法在超声去噪中的应用47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 Teager能量算子在超声定位中的研究51-58
• 4.1 Teager能量算子51-53
• 4.2 EMD-TFPF与Teager能量算子结合的定位判断53-57
• 4.2.1 去噪的必要性53-54
• 4.2.2 实验结果与分析54-57
• 4.3 本章小结57-58
• 总结与展望58-59
• 参考文献59-64
• 致谢64

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本文编号：331213