System przetworników ultradźwiękowych dalekiego zasięgu

Analiza algorytmu wyznaczania odległości ultradźwiękowej

     Proces ustalania odległości wykorzystujący metodę echa impulsów ultradźwiękowych polega na wzbudzeniu przetwornika sygnałem impulsu elektrycznego o wysokiej częstotliwości w celu przesłania serii ultradźwiękowy przetwornik głębokości , gdy fala ultradźwiękowa spotyka się z osią akustyczną przetwornika, osiągany jest jeden lub więcej celów, część energii dźwiękowej zostanie odbita z powrotem i zadziała na przetwornik, co powoduje, że przetwornik generuje słaby sygnał elektryczny. Po wzmocnieniu i przefiltrowaniu sygnał jest wysyłany do systemu mikroprocesorowego w celu przetworzenia informacji w celu określenia czasu pojawienia się sygnału echa oraz obliczenia czasu zasięgu fali ultradźwiękowej i odpowiadającej jej odległości do celu, kończąc w ten sposób okres ustalania odległości. Jak poprawić działanie przeciwzakłóceniowe i działanie ultradźwiękowego systemu pomiaru odległości w czasie rzeczywistym, jest kluczowym problemem technicznym, który należy wziąć pod uwagę podczas badania algorytmów przetwarzania sygnału ultradźwiękowego.

Na przetwornik akustyczny ultradźwiękowego czujnika głębokości wpływa nie tylko medium propagacyjne podczas procesu propagacji, ale także na jego stosunek sygnału do szumu będą miały wpływ czynniki zewnętrzne, takie jak wibracje, turbulencje powietrza oraz pochłanianie i tłumienie energii dźwiękowej. Eksperymenty pokazują, że tradycyjna metoda wykrywania entalpii jest skuteczna, gdy energia przesyłanego sygnału i sygnału odbieranego są stosunkowo duże podczas procesu określania odległości ultradźwiękowej. Gdy czujnik odległości znajduje się daleko, sygnał echa jest silnie zakłócany przez czynniki zewnętrzne. W tej chwili system pomiaru odległości ma trudności z bezpośrednim określeniem, czy sygnał wyjściowy przetwornika jest echem czy szumem. Tradycyjna metoda wykrywania wartości zamkniętych zawodzi. . Na szczęście obwiednia sygnału echa jest w zasadzie taka sama jak obwiednia transmitowanego sygnału. Dlatego też, obliczając funkcję korelacji krzyżowej tych dwóch wartości i znajdując moment, w którym pojawia się szczyt, można określić zakres czujnik sondy głębinowej pod wodą . można określić  

Spośród wielu wprowadzonych algorytmów przetwarzania sygnałów, metoda funkcji korelacji obwiedni jest odpowiednia zarówno dla słabych sygnałów, jak i solidnych algorytmów o niskich częstotliwościach próbkowania. W celu poprawy niezawodności algorytmu ultradźwiękowego ustalania odległości, sygnał impulsowy pasma podstawowego można modulować na sygnał zakodowany częstotliwością ultradźwiękową za pomocą odpowiednio wybranej pseudolosowej sekwencji binarnej jako zakodowany sygnał (określany jako kod pseudolosowy lub kod PN). The podwodny przetwornik akustyczny wysyłany jest w celu przesłania zakodowanego sygnału ultradźwiękowego na zewnątrz. W większości przypadków zewnętrzny sygnał zakłócający nie jest powiązany z przesyłanym sygnałem kodowanym. Dlatego też, obliczając funkcję korelacji obwiedni zakodowanego sygnału i sygnału echa, można wyeliminować lub zredukować do minimum sygnał zakłóceń zewnętrznych zmieszany z sygnałem echa, uzyskując w ten sposób wykrywanie słabego sygnału przy ujemnym stosunku sygnału do szumu. Oczywiście im dłuższa długość sekwencji pseudolosowej, im większy jest szczyt funkcji korelacji obwiedni i im większe wzmocnienie przetwarzania systemu określania odległości, tym martwa strefa systemu również odpowiednio się zwiększy. Należy zatem bazować na rzeczywistym zmierzeniu zapotrzebowania i wybrać ciąg pseudolosowy o odpowiedniej długości.