塔机防碰撞系统中远距离超声信号消噪的研究-西安建筑科技大学学报.PDF

第 46 卷第 4 期 西安建筑科技大学学报（自然科学版） Vol.46 No.4 2014 年 8 月 J. Xian Univ. of Arch. Tech. (Natural Science Edition) Agu. 2014 塔机防碰撞系统中远距离超声信号消噪的研究 寇雪芹，谷立臣 (西安建筑科技大学机电工程学院，陕西 西安 710055) 摘要:摘要: 根据塔机防碰撞系统远距离障碍物检测需要，针对远距离超声目标检测时，传统数字滤波对回波消噪后，回波峰值位 摘要摘要:: 置有延迟以及远距离信噪比较低，影响目标的检测和测距准确度．提出利用小波改进的阈值函数消噪方法进行回波消噪．仿 真和实验结果表明：基于改进阈值的超声回波消噪方法使回波峰值位置无延迟，可以明显提高信噪比，其去噪效果优于传统 的数字滤波和小波的软、硬阈值消噪方法，适用于远距离超声测量和目标有效检测． 关键词:关键词: 超声回波；远距离超声测量；小波阈值消噪；信噪比 关键词关键词:: 中图分类号: 中图分类号: TN912.16 文献标志文献标志码码::A 文章编号：文章编号：1006-7930(2014)04-0598-06 中图分类号中图分类号: : 文献标文献标志志码码:: 文章编号文章编号：： 塔式起重机结构庞大，塔机与周围障碍物碰撞，会造成塔机事故的发生．现有国内外塔机防碰撞技术 特点是根据预先规划的工作区域限制塔臂的旋转范围来预防塔机事故的发生．该方案主要存在的问题是需 要人工预先设置工作区域，只监测塔机自身运动状态来预防碰撞事故，而不涉及周围障碍物的主动监测[1] ． 超声传感技术是一种非接触式的检测手段，与激光、雷达技术等相比，具有较强的适应性、成本低廉、 [1] [2] 可靠性好等优点 ，已成功应用于机器人避障和汽车倒车防撞系统 ．本文选用超声传感技术进行塔机主 动防碰撞监测系统的分析与研究．但目前市场上能见到的超声测距产品其有效测距范围普遍在 10 m左右， 要将超声传感技术应用到塔式起重机防碰撞系统上，其预警范围需要在 20 m 范围内[1] ．因此，研究超声传 感器远距离测量和目标信息获取技术，是准确探测塔机周围目标的基础和关键技术．在远距离超声测量时， 由于空气的吸收损耗和几何扩散损失，超声回波信号随着距离的变化，信号幅度的波动很大．远距离的超 声回波信号很微弱，回波等待过程中，会混入大量杂散回波、收发电路的电噪声和声噪声干扰信号[3] ．背 景噪声较为严重时，回波有用信息较为微弱，系统难以识别目标有效回波信号的位置，常常造成误判，同 时回波信号中含有大量目标的信息，噪声还会影响对目标信号特征的提取．因此必须选择合适的消噪技术， 抑制噪声的影响，提高信噪比来有效检测目标和增强电路的测距能力． 实际应用中，由于超声测距受环境因素影响较大．在短距离测距时，精度容易控制到毫米、厘米级， 远距离测距要到达相应精度，则需要从系统结构以及算法设计上作较大的改进，相应地增加系统和算法的 复杂度．目前超声测距所用的滤波方法以模拟带通滤波电路、软件数字带通滤波为主，设计简单 ，方法相 - 对成熟[4 5] ．但带通滤波属于频域滤波方法 ，存在的缺点是 ：滤波后信号会产生相对于原始信号的延时，除 去部分噪声信号的同时，会 失一部分有用的信息． 近年来兴起的小