基于超声阵列声场仿真平台的目标识别方法研究

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1、西南科技大学研究生学位论文基于超声阵列声场仿真平台的目标识别方法研究年级2013姓名朱闪闪申请学位级别硕士专业控制科学与工程指导教师杨涛教授ClassifiedIndex:TP241.3U.D.C:621SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisResearchonObjectRecognitionBasedonSoundFieldSimulationPlatformofUltrasonicArrayGrade:2013Candidate:ZhuShanshanAcademicDeg

2、reeAppliedfor:MasterSpeciality:ControlScienceandEngineeringSupervisor:YangTao,ProfessorMay.20,2016独创性声明本人声明所呈义的论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的Ｌ研究成巧。尽我所知，除了文中特別加Ｕ标注和致谢的地义外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，＾不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一巧工作的同志对本研究所做的任何巧献均已在论文中作丫明确的说明并表示了谢意。？＾：口期：签名時｜

3、马＂＾斗与关于论文使用和授权的说明目ｊ：、使用学位论文的规定，本人完全了解西南科技火学有关保留｜学校有权保留学位论文的复印件，允许该论丈被查阅和借阅；学校可Ｗ公布该论文的全部或部分内容，可站采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：巧导师签名Ｈ期：ｗ（／手的叫诗巧西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要针对传统光电探测装置在地震、强辐射、烟雾等特殊环境下难以正常工作或效果不理想的情况，设计了一种基于超声传感器阵列的目标识别技术方案。针对超声检测测试过程繁琐、耗时过长，成本较高的局限性，开

4、发了一个基于超声阵列声场仿真的实验仿真平台，在该平台上进行了目标识别算法的研究。在VS2010平台上，利用OpenGL和CAD图形设计软件相结合构建目标，OpenGL和3DSMax相结合实现三维场景构建。CAD图形设计软件绘制目标保存为ASCII格式的STL格式文件，实现目标表面三角剖分，读取三角面片数据信息将目标导入到构建的三维场景中；OpenGL绘制两个圆柱体，侧面的圆分别表示发射和接收阵元；遍历搜索目标表面三角面片重心，根据超声波在空气中的传播模型、声线跟踪法、反射定律确定发射和反射声线。根据空气中超声波换能器辐射声场指向性对超声波发射阵元声场建模；利

5、用示波器采集单发射单接收时接收阵元回波信号，用Matlab工具箱拟合回波信号得到回波信号函数，采用标定的方法获得超声波发射阵元基元信号；考虑超声波在空气中的衰减和目标吸收衰减，由基元信号和辐射声场指向性，获取发射声线和接收声线上的声压信号；接收阵元声线声压叠加求取平均值，获得仿真平台中接收阵元上的回波响应信号。分别对仿真平台中获取的超声波回波信号和实际场景中采集的回波信号进行分析，对比频域7个一定间隔的幅值点，其相对误差均在5%以内，表明该仿真平台是有效的。分别对仿真回波信号和实际回波信号进行快速傅里叶变换，提取幅值和相位特征并作归一化处理，求取特征谱距离；

6、采用遗传算法搜索目标在平移、旋转过程中特征谱距离的最小值，实现目标识别。经多次实验和分析表明，该方法可以实现对圆柱体、四棱锥、圆锥体的识别，识别率达到90%以上。关键词：OpenGL声场仿真FFT遗传算法目标识别西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractToaddressthelimitationsoftheimpactofradiation,electromagneticinterferencedifficulttoworkintheearthquake,nuclearradiation,tsunami,andotherhigh-riskenv

7、ironment,theobjectidentificationtechnicalsolutionbasedonultrasonicsensorarrayisdesigned.Toaddressthelimitationsofthedetectionprocesscumbersome,tootime-comsuming,highcostinultrasonictesting,theexperimentplatformbasedonultrasonicphasedarraysoundfieldsimulationisdevelopedandtheobjecti

8、dentificationalgorithmisre