本文關鍵詞：基于超聲陣列聲場仿真平臺的目標識別方法研究

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【摘要】：針對傳統(tǒng)光電探測裝置在地震、強輻射、煙霧等特殊環(huán)境下難以正常工作或效果不理想的情況,設計了一種基于超聲傳感器陣列的目標識別技術方案。針對超聲檢測測試過程繁瑣、耗時過長,成本較高的局限性,開發(fā)了一個基于超聲陣列聲場仿真的實驗仿真平臺,在該平臺上進行了目標識別算法的研究。在VS2010平臺上,利用Open GL和CAD圖形設計軟件相結合構建目標,Open GL和3DSMax相結合實現(xiàn)三維場景構建。CAD圖形設計軟件繪制目標保存為ASCII格式的STL格式文件,實現(xiàn)目標表面三角剖分,讀取三角面片數(shù)據(jù)信息將目標導入到構建的三維場景中;Open GL繪制兩個圓柱體,側面的圓分別表示發(fā)射和接收陣元;遍歷搜索目標表面三角面片重心,根據(jù)超聲波在空氣中的傳播模型、聲線跟蹤法、反射定律確定發(fā)射和反射聲線。根據(jù)空氣中超聲波換能器輻射聲場指向性對超聲波發(fā)射陣元聲場建模;利用示波器采集單發(fā)射單接收時接收陣元回波信號,用Matlab工具箱擬合回波信號得到回波信號函數(shù),采用標定的方法獲得超聲波發(fā)射陣元基元信號;考慮超聲波在空氣中的衰減和目標吸收衰減,由基元信號和輻射聲場指向性,獲取發(fā)射聲線和接收聲線上的聲壓信號;接收陣元聲線聲壓疊加求取平均值,獲得仿真平臺中接收陣元上的回波響應信號。分別對仿真平臺中獲取的超聲波回波信號和實際場景中采集的回波信號進行分析,對比頻域7個一定間隔的幅值點,其相對誤差均在5%以內,表明該仿真平臺是有效的。分別對仿真回波信號和實際回波信號進行快速傅里葉變換,提取幅值和相位特征并作歸一化處理,求取特征譜距離;采用遺傳算法搜索目標在平移、旋轉過程中特征譜距離的最小值,實現(xiàn)目標識別。經(jīng)多次實驗和分析表明,該方法可以實現(xiàn)對圓柱體、四棱錐、圓錐體的識別,識別率達到90%以上。
【關鍵詞】：Open GL 聲場仿真 FFT 遺傳算法 目標識別
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 研究背景與研究意義9-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 聲場仿真的國內外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 目標識別方法的國內外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 論文組織結構15-18
• 1.3.1 研究思路15-17
• 1.3.2 論文結構17-18
• 2 基于Open GL的三維場景建模及可視化18-27
• 2.1 基于Open GL的三維場景建模關鍵技術實現(xiàn)18-21
• 2.1.1 Open GL三維建模18
• 2.1.2 Open GL的繪圖原理18-19
• 2.1.3 三維圖形幾何變換19-20
• 2.1.4 三維模型顯示20-21
• 2.2 基于MFC的Open GL的編程環(huán)境設置21-22
• 2.3 基于Open GL的目標和三維場景可視化實現(xiàn)22-26
• 2.3.1 CAD繪制目標22-23
• 2.3.2 STL文件格式23
• 2.3.3 3DS文件格式23-24
• 2.3.4 STL和 3DSMax模型文件的讀取和顯示24-26
• 2.4 本章小結26-27
• 3 超聲陣列聲場仿真平臺建模27-45
• 3.1 聲場仿真方法27-28
• 3.2 超聲陣列的確定28-30
• 3.3 基于聲線跟蹤法的超聲波聲線路徑計算30-34
• 3.3.1 超聲波的傳播模型31
• 3.3.2 超聲波聲線傳播路徑計算31-33
• 3.3.3 遞歸剖分算法33-34
• 3.4 空氣中超聲波的衰減34-36
• 3.5 標定信號的獲取36-39
• 3.6 超聲波接收陣元回波信號計算39-44
• 3.6.1 超聲波換能器的聲場特性39-42
• 3.6.2 仿真平臺中接收陣元回波信號的獲取42-43
• 3.6.3 距離反比加權插值算法求取接收陣元聲壓43-44
• 3.7 本章小結44-45
• 4 超聲陣列聲場仿真平臺設計與實現(xiàn)45-51
• 4.1 仿真平臺整體方案設計45-46
• 4.2 仿真平臺界面設計46
• 4.3 仿真平臺各模塊功能設計與實現(xiàn)46-50
• 4.3.1 三維場景構建和目標模塊設計與實現(xiàn)47-48
• 4.3.2 計算模塊設計與實現(xiàn)48-50
• 4.4 本章小結50-51
• 5 基于超聲陣列仿真平臺的目標識別分析51-75
• 5.1 標定回波信號分析51
• 5.2 實際數(shù)據(jù)的獲取51-52
• 5.3 接收陣元回波信號結果分析52-61
• 5.3.1 實際場景中接收陣元回波信號的獲取52-54
• 5.3.2 仿真平臺中接收陣元回波信號的獲取54-56
• 5.3.3 仿真平臺中回波信號和實際回波信號頻域對比分析56-61
• 5.4 超聲回波信號的特征提取61-62
• 5.5 基于遺傳算法的目標識別方法62-69
• 5.5.1 目標識別模型及原理63-65
• 5.5.2 遺傳算法步驟65-67
• 5.5.3 遺傳算法實驗結果分析67-69
• 5.6 目標識別結果分析69-74
• 5.7 本章小結74-75
• 結論75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及研究結果82

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本文編號：929990