發(fā)布時(shí)間：2017-09-27 13:32

  本文關(guān)鍵詞：基于超聲陣列聲場(chǎng)仿真平臺(tái)的目標(biāo)識(shí)別方法研究

  更多相關(guān)文章： Open GL 聲場(chǎng)仿真 FFT 遺傳算法 目標(biāo)識(shí)別

【摘要】：針對(duì)傳統(tǒng)光電探測(cè)裝置在地震、強(qiáng)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(shè)計(jì)了一種基于超聲傳感器陣列的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)方案。針對(duì)超聲檢測(cè)測(cè)試過(guò)程繁瑣、耗時(shí)過(guò)長(zhǎng),成本較高的局限性,開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于超聲陣列聲場(chǎng)仿真的實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái),在該平臺(tái)上進(jìn)行了目標(biāo)識(shí)別算法的研究。在VS2010平臺(tái)上,利用Open GL和CAD圖形設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合構(gòu)建目標(biāo),Open GL和3DSMax相結(jié)合實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景構(gòu)建。CAD圖形設(shè)計(jì)軟件繪制目標(biāo)保存為ASCII格式的STL格式文件,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)表面三角剖分,讀取三角面片數(shù)據(jù)信息將目標(biāo)導(dǎo)入到構(gòu)建的三維場(chǎng)景中;Open GL繪制兩個(gè)圓柱體,側(cè)面的圓分別表示發(fā)射和接收陣元;遍歷搜索目標(biāo)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(chǎng)指向性對(duì)超聲波發(fā)射陣元聲場(chǎng)建模;利用示波器采集單發(fā)射單接收時(shí)接收陣元回波信號(hào),用Matlab工具箱擬合回波信號(hào)得到回波信號(hào)函數(shù),采用標(biāo)定的方法獲得超聲波發(fā)射陣元基元信號(hào);考慮超聲波在空氣中的衰減和目標(biāo)吸收衰減,由基元信號(hào)和輻射聲場(chǎng)指向性,獲取發(fā)射聲線和接收聲線上的聲壓信號(hào);接收陣元聲線聲壓疊加求取平均值,獲得仿真平臺(tái)中接收陣元上的回波響應(yīng)信號(hào)。分別對(duì)仿真平臺(tái)中獲取的超聲波回波信號(hào)和實(shí)際場(chǎng)景中采集的回波信號(hào)進(jìn)行分析,對(duì)比頻域7個(gè)一定間隔的幅值點(diǎn),其相對(duì)誤差均在5%以內(nèi),表明該仿真平臺(tái)是有效的。分別對(duì)仿真回波信號(hào)和實(shí)際回波信號(hào)進(jìn)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(biāo)在平移、旋轉(zhuǎn)過(guò)程中特征譜距離的最小值,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和分析表明,該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圓柱體、四棱錐、圓錐體的識(shí)別,識(shí)別率達(dá)到90%以上。
【關(guān)鍵詞】：Open GL 聲場(chǎng)仿真 FFT 遺傳算法 目標(biāo)識(shí)別
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 聲場(chǎng)仿真的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 目標(biāo)識(shí)別方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)15-18
• 1.3.1 研究思路15-17
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)17-18
• 2 基于Open GL的三維場(chǎng)景建模及可視化18-27
• 2.1 基于Open GL的三維場(chǎng)景建模關(guān)鍵技術(shù)實(shí)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(shè)置21-22
• 2.3 基于Open GL的目標(biāo)和三維場(chǎng)景可視化實(shí)現(xiàn)22-26
• 2.3.1 CAD繪制目標(biāo)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(jié)26-27
• 3 超聲陣列聲場(chǎng)仿真平臺(tái)建模27-45
• 3.1 聲場(chǎng)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(jì)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(jì)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(biāo)定信號(hào)的獲取36-39
• 3.6 超聲波接收陣元回波信號(hào)計(jì)算39-44
• 3.6.1 超聲波換能器的聲場(chǎng)特性39-42
• 3.6.2 仿真平臺(tái)中接收陣元回波信號(hào)的獲取42-43
• 3.6.3 距離反比加權(quán)插值算法求取接收陣元聲壓43-44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 4 超聲陣列聲場(chǎng)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)45-51
• 4.1 仿真平臺(tái)整體方案設(shè)計(jì)45-46
• 4.2 仿真平臺(tái)界面設(shè)計(jì)46
• 4.3 仿真平臺(tái)各模塊功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)46-50
• 4.3.1 三維場(chǎng)景構(gòu)建和目標(biāo)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)47-48
• 4.3.2 計(jì)算模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)48-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 5 基于超聲陣列仿真平臺(tái)的目標(biāo)識(shí)別分析51-75
• 5.1 標(biāo)定回波信號(hào)分析51
• 5.2 實(shí)際數(shù)據(jù)的獲取51-52
• 5.3 接收陣元回波信號(hào)結(jié)果分析52-61
• 5.3.1 實(shí)際場(chǎng)景中接收陣元回波信號(hào)的獲取52-54
• 5.3.2 仿真平臺(tái)中接收陣元回波信號(hào)的獲取54-56
• 5.3.3 仿真平臺(tái)中回波信號(hào)和實(shí)際回波信號(hào)頻域?qū)Ρ确治?/span>56-61
• 5.4 超聲回波信號(hào)的特征提取61-62
• 5.5 基于遺傳算法的目標(biāo)識(shí)別方法62-69
• 5.5.1 目標(biāo)識(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析67-69
• 5.6 目標(biāo)識(shí)別結(jié)果分析69-74
• 5.7 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及研究結(jié)果82

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本文編號(hào)：929990