戈壁地形超声探测技术的研究

发布时间：2017-05-03 17:13

  本文关键词：戈壁地形超声探测技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：新疆作为我国重要的能源矿产资源战略基地,在矿产资源开发的同时,各种原因造成了土壤的污染,其中放射性金属带来的污染尤为严重。在污染土壤的清除收集作业中,精确控制清除深度,可以为土壤的修复工程带来巨大的经济效益和工程效率。因此,实时测量地形高程,并以此信号控制清污机械的作业深度,有着重要的现实意义。本文详细介绍了超声测距技术,并将超声脉冲回波测距方法应用于地形高程测量。为了提高探测精度,研制了超声探测实验平台,重点开展了探测精度影响因素分析以及数据的Kalman滤波处理研究。根据超声脉冲回波法探测地形高程的工作原理,结合超声波在空气中的传播特性以及戈壁地表特征,采用正交实验方法,开展了探测精度影响因素实验,研究分析了传感器的频率、安装角度、安装高度、工程机械的行进速度、地表的粗糙程度等因素对探测精度影响的显著程度。建立了用于超声地形探测的实验室环境研究平台,能够满足多传感器同时对地形高程进行测量。对某待处理的含矿区域地表土壤样品进行了颗粒级配分析,结合戈壁地表特点,构建了实验室模拟地形。开展了模拟地形的探测实验。文中提出了一种自适应Kalman滤波算法,通过在系统过程噪声中加入尺度因子,对传统Kalman滤波算法进行改进,使估计值与观察值达到一定程度上的匹配,实时对估计值进行修正。通过仿真及实际地形数据处理,该算法可以更加有效地消除复杂地形对系统的不利影响,提高探测精度。本论文研究工作的开展为该方法下一步实现工程化奠定了坚实的基础。
【关键词】：地形 超声波 正交实验 Kalman滤波
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X833;TB559
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 问题的提出及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 典型超声测距系统9-10
• 1.2.2 超声测距方面的研究进展10-12
• 1.2.3 超声测距在地形探测方面的应用12-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 1.4 论文的主要构架15-16
• 2 超声测距原理及地形探测系统16-24
• 2.1 超声波及其传播特性16-19
• 2.1.1 超声波的传播速度17
• 2.1.2 超声波的衰减17-18
• 2.1.3 超声波的声束指向性18-19
• 2.2 超声测距原理19-20
• 2.3 超声测距传感器20-22
• 2.3.1 工作频率20-21
• 2.3.2 超声传感器的指向角21
• 2.3.3 探测盲区21-22
• 2.4 戈壁地形超声探测系统22-23
• 2.4.1 系统功能需求分析22
• 2.4.2 传感器选择22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 超声地形探测实验平台24-37
• 3.1 实验平台功能要求24
• 3.2 实验平台结构24-25
• 3.3 测控系统硬件组成25-29
• 3.3.1 运动控制26-28
• 3.3.2 数据采集28-29
• 3.4 测控系统软件实现29-32
• 3.4.1 软件设计要求29
• 3.4.2 软件设计流程29-31
• 3.4.3 软件实现31-32
• 3.5 系统垂直探测精度标定32-36
• 3.5.1 数值的测量32-33
• 3.5.2 结果分析33-35
• 3.5.3 最小二乘法拟合35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 4 探测精度影响因素分析37-48
• 4.1 因素分析37-39
• 4.2 正交实验39-47
• 4.2.1 方案设计39-41
• 4.2.2 指标评分41-42
• 4.2.3 实验数据分析42-47
• 4.3 本章小结47-48
• 5 实际地形探测及数据处理48-60
• 5.1 模拟地形探测实验48-53
• 5.1.1 戈壁地形分析48-50
• 5.1.2 实验室模拟地形50-51
• 5.1.3 地形探测实验51-53
• 5.2 数据处理53-57
• 5.2.1 Kalman滤波53-55
• 5.2.2 自适应Kalman滤波55-56
• 5.2.3 仿真及分析56-57
• 5.3 模拟地形数据处理及结果分析57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 论文总结60
• 6.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66

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