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Distance and velocity measurement method of ultrasonic sensor using single-bit signal correlation = 단일 비트 신호 코릴레이션을 이용한 초음파센서의 거리 및 속도 측정 방법
서명 / 저자 Distance and velocity measurement method of ultrasonic sensor using single-bit signal correlation = 단일 비트 신호 코릴레이션을 이용한 초음파센서의 거리 및 속도 측정 방법 / Seungin Shin.
저자명 Shin, Seungin ; 신승인
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

This paper introduces a computationally intensive method for measuring distance and velocity at high measurement rates using chaotic pulse position modulation (CPPM) signals and single-bit signal processing in a single ultrasound sensor system. To prevent crosstalk from other ultrasonic sensor systems a chaotic system is used, and an ultrasonic pulses are transmitted as a pulse sequence generated by CPPM. After receiving the ultrasound signal, the single-bit signal was generated by a fast Fourier transform threshold, which also functions as an environmental noise filter. Single-bit signal processing has been adopted to reduce the computational load when cross-correlating the transmitted and received signals for time of flight (TOF) calculations. Single bit signal processing has more than 100 times memory saving effect in this study. Additionally, as the signal to noise ratio (SNR) increases, extension of the maximum measurable distance in ultrasonic distance sensor system is expected. The simulation shows the crosstalk rejection performance of the proposed method and the experimental results confirm the improvement of the measurement speed by the proposed method. The proposed distance measurement method solves the crosstalk problem and prevents the decrease of the measurement speed as the distance increases. The advantage of the proposed distance measurement method is that it can remove crosstalk while maintaining high sampling rate by using general ultrasonic hardware and general microcontroller. The proposed velocity measurement method using time dilation correlation enables the Doppler effect to be analyzed in the time domain. The speed can be obtained with much lower computation than the Doppler effect analysis in the frequency domain, which is a general method, so that the improvement of the vehicle control performance can be expected. The total signal processing method is minimized so that the price competitiveness, which is the advantage of ultrasonic sensors, is saved. As a result, it is possible to improve the measurement performance in the measurement within 20 m, thereby contributing to the safety of the vehicle.

이 논문은 단일 초음파 센서 시스템에서 캐오틱 펄스 위치 변조 (CPPM) 신호와 단일 비트 신호 처리를 사용하여 높은 측정 속도에서 거리와 속도를 측정하기위한 계산 집약적 인 방법을 소개한다. 다른 초음파 센서 시스템과의 혼신을 방지하기 위해 캐오틱 시스템이 사용되며 초음파 펄스는 CPPM에 의해 생성 된 펄스 시퀀틱에 따라서 발사된다. 초음파 신호를 수신 한 후, 주변 잡을 필터의 기능을 하는 고속 푸리에 변환값 임계 값에 의해 단일 비트 신호가 생성된다. 단일 비트 신호 처리는 음파 비행 시간 (TOF) 계산을 위해서, 전송 및 수신 신호를 상호 상관시킬 때 계산 부하를 줄이기 위해 사용되었다. 단일 비트 신호 처리는 이 연구에서 100 배 이상의 메모리 절약 효과를 가진다. 또한 신호 대 잡음비 (SNR)가 증가함으로서 초음파 거리 센서 시스템이 측정 가능한 최대 거리가 연장 될 것으로 예상된다. 크로스톡 제거 시뮬레이션은 제안 된 방법의 크로스톡 제거 성능을 보여 주며, 실험 결과는 제안 된 방법에 의한 측정 속도의 향상을 보여준다. 제안된 거리 측정 방법은 크로스톡문제를 해결하고, 거리가 증가에 따른 측정속도의 감소를 방지한다. 제안된 거리 측정 방법의 장점은 일반적인 초음파 하드웨어와 일반적인 프로세서를 이용하여 높은 샘플링 레이트를 유지하며 크로스톡을 제거할 수 있는 것이다. 시간 확장 상관법을 이용한 제안 된 속도 측정 방법은 시간 축에서 도플러 효과를 분석 할 수있다. 일반적인 방법인 주파수 영역에서의 도플러 효과 분석법보다 훨씬 낮은 컴퓨팅 으로도 속도를 얻을 수 있어서 차량제어 성능에 향상을 기대할 수 있다. 전체적인 신호처리 방법을 되도록 계산량이 적도록 하여 초음파센서의 장점인 가격경쟁력을 살리도록 하였다. 결론적으로, 20 m 내에서 측정 시 측정 성능을 개선하여, 차량 안전성에 기여할 수 있다고 할 수 있다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 18092
형태사항 v, 39 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 신승인
지도교수의 영문표기 : Seibum Choi
지도교수의 한글표기 : 최세범
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 References : p. 35-37
주제 Ultrasonic sensor
chaotic pulse position modulation (CPPM)
distance measurement
velocity measurement
measurement methods
measurement rate
crosstalk rejection
signal to noise ratio(SNR)
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