Algorytm demodulacji przetwornika ultradźwiękowego układu odległości

 W celu poprawy zdolności przeciwzakłóceniowej i dokładności pomiaru ultradźwiękowym systemem pomiaru odległości można zastosować odpowiednio dobrany PN. Kod zastępuje pojedynczy sygnał impulsowy jako zakodowaną informację. Sygnał szumu nieskorelowany z zakodowaną informacją można filtrować poprzez obliczenie funkcji korelacji krzyżowej sygnału echa; a sygnał zakłócający jest powiązany z zakodowanym sygnałem, można stłumić przez określenie środka konturu funkcji korelacji krzyżowej w pobliżu piku. W konkretnej implementacji kod PN o niskiej częstotliwości jest najpierw modulowany za pomocą centrum przetwornika o częstotliwości rezonansowej o wysokiej częstotliwości, którego sygnał nośny jest doprowadzany do przetwornika przez „sterowanie logiczne i wzmacniacz mocy”. Ponieważ charakterystyka częstotliwościowa przetwornika jest podobna do charakterystyki filtra środkowoprzepustowego, którego częstotliwość środkowa jest wyłączona, zamiast sygnału z modulacją cosinusową można zastosować sygnał prostokątny, aby uprościć strukturę sprzętową systemu. Przetwornik piezoelektryczny można dopasować pod względem impedancji, aby generować rezonans pod wzbudzeniem sygnału fali prostokątnej, lub do ultradźwiękowego obwodu odbiorczego można dodać funkcję automatycznej kontroli wzmocnienia, aby stłumić zjawisko pogłosu spowodowane przez sygnał wzbudzenia.

  Sygnał wejściowy ultradźwiękowego przetwornika odległości i sygnału wyjściowego odbiornika ultradźwiękowego (sygnał ASK). W kodzie PN T6 jest szerokością symbolu, a jego szerokość pasma 3dB wynosi 1 / (3Tb). Ponieważ szerokość pasma przetwornika wynosi około 4 kHz, aby sygnał mógł płynnie przechodzić przez przetwornik, jest to sygnał echa odbierany przez przetwornik. Jak widać na rysunku, sygnał echa jest lekko zniekształconym ASK. Sygnał, ale jego kształt obwiedni jest taki sam, jak przesyłany kod PN (tzn. sygnał echa ma takie samo kodowanie jak przesyłany sygnał). Ponieważ amplituda sygnału echa odbitego przez bliski cel jest duża, sygnał echa można rozróżnić zwykłą metodą wykrywania progowego. Dlatego też na początku kodu PN dodawany jest kod „1”, aby ułatwić bezpośrednie wykrycie sygnału echa o dużej wartości.

Dokładność pomiaru analizuje się jako prędkość propagacji fali ultradźwiękowej, a f jest częstotliwością próbkowania ultradźwiękowy czujnik pomiaru odległości.

     Gdy częstotliwość próbkowania jest ustawiona na 10 kHz, rozdzielczość systemu wynosi 0,017 m. Zgodnie z ogólną metodą szacowania dokładności, dokładność ultradźwiękowego systemu pomiaru odległości może osiągnąć ± 0,05 m. Jeśli częstotliwość próbkowania zostanie zwiększona dziesięciokrotnie, dokładność systemu pomiaru odległości również wzrośnie dziesięciokrotnie. Jednakże na dokładność ultradźwiękowego systemu pomiaru odległości wpływają również zmiany prędkości dźwięku. Prędkość dźwięku w powietrzu jest powiązana z temperaturą, turbulencją, wilgotnością i ciśnieniem, a zmiana temperatury ma największy wpływ na prędkość dźwięku. Zmiana temperatury o 10°C powoduje zmianę prędkości dźwięku o około 1,8%. Błąd pomiaru temperatury kontrolowany jest w granicach ± ​​0,1%. Jeżeli przetwornik ultradźwiękowy ma odległość roboczą 40 m, błąd pomiaru pełnej skali wynosi ±0,04 m, czyli jest tego samego rzędu wielkości, co błąd pomiaru określony rozdzielczością przetwornika ultradźwiękowego. ultradźwiękowy czujnik odległości dalekiego zasięgu . Dlatego nie da się poprawić dokładności pomiaru ultradźwiękowego systemu pomiaru odległości, po prostu zwiększając częstotliwość próbkowania systemu i ignorując dokładność czujnika temperatury.

Tradycyjna ultradźwiękowa metoda wykrywania wartości zamkniętych ma niski zysk przetwarzania i może być stosowana wyłącznie do pomiaru silnych sygnałów echa, które można wykorzystać do wykrywania słabych sygnałów. Dlatego wykrywanie słabych sygnałów należy rozwiązać za pomocą teorii i metod innych dyscyplin (takich jak zasady komunikacji). który wprowadza podstawowe zasady i funkcje technologii modulacji i demodulacji w systemie komunikacyjnym. Stosując równoważność pomiędzy metodą korelacji cyfrowej i filtrem dopasowanym, stosuje się splot (tj. metodę wykrywania dopasowania) do obliczenia czasu szczytowego funkcji korelacji krzyżowej i wzoru korekcji; w celu poprawy szybkości algorytmu korelacji obwiedni wydedukowano i zrealizowano algorytm szybkozakresowy oparty na dwuetapowej metodzie korelacji; wprowadzono metodę demodulacji z obwiednią kwadratową z efektem demodulacji synchronicznej oraz algorytm korelacji cyfrowej oparty na kodzie pseudolosowym. Na tej podstawie zaproponowano zastosowanie sygnału modulacji pseudolosowego kodu ASK do realizacji technologii spójnej demodulacji PSK, która może realizować złożoną technologię ultradźwiękowego zakresu widma rozproszonego za pomocą prostego sprzętu, co nie tylko poprawia zdolność przeciwzakłóceniową ultradźwiękowy przetwornik pomiaru odległości . Koszt jest zmniejszony. Na koniec krótko przeanalizowano wpływ temperatury otoczenia i częstotliwości próbkowania na dokładność pomiaru odległości ultradźwiękowej i środki zaradcze.