戈壁地形超声探测技术的研究

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1、戈壁地形超声探测技术的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：吕香慧指导教师：蔡坤宝教授兼职导师：秋实研究员专业：信号与信息处理学科门类：工学重庆大学通信工程学院二0一五年四月ResearchontheUltrasonicDetectionTechnologyforGobiDesertTerrainAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByeiLvXianghuiSu

2、pervisor：Prof.CaiKunbaoAssistantSupervisor：ResearcherQiuShiSpecialty：SignalandInformationProcessingCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要新疆作为我国重要的能源矿产资源战略基地，在矿产资源开发的同时，各种原因造成了土壤的污染，其中放射性金属带来的污染尤为严重。在污染土壤的清除收集作业中，精确控制清除

3、深度，可以为土壤的修复工程带来巨大的经济效益和工程效率。因此，实时测量地形高程，并以此信号控制清污机械的作业深度，有着重要的现实意义。本文详细介绍了超声测距技术，并将超声脉冲回波测距方法应用于地形高程测量。为了提高探测精度，研制了超声探测实验平台，重点开展了探测精度影响因素分析以及数据的Kalman滤波处理研究。根据超声脉冲回波法探测地形高程的工作原理，结合超声波在空气中的传播特性以及戈壁地表特征，采用正交实验方法，开展了探测精度影响因素实验，研究分析了传感器的频率、安装角度、安装高度、工程机械的行进速度、地表的粗糙程度等因素对探测精度影响的显

4、著程度。建立了用于超声地形探测的实验室环境研究平台，能够满足多传感器同时对地形高程进行测量。对某待处理的含矿区域地表土壤样品进行了颗粒级配分析，结合戈壁地表特点，构建了实验室模拟地形。开展了模拟地形的探测实验。文中提出了一种自适应Kalman滤波算法，通过在系统过程噪声中加入尺度因子，对传统Kalman滤波算法进行改进，使估计值与观察值达到一定程度上的匹配，实时对估计值进行修正。通过仿真及实际地形数据处理，该算法可以更加有效地消除复杂地形对系统的不利影响，提高探测精度。本论文研究工作的开展为该方法下一步实现工程化奠定了坚实的基础。关键词：地形，

5、超声波，正交实验，Kalman滤波I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTSinkiangisanimportantstratagembaseoftheenergyandmineralresourcesinourcountryandhasthehugeexploitationpotential.Atthesametimeofmineralresourcesdevelopment,avarietyoffactorshasleadtothesoilpollution,inwhichthepollutioncausedbyradioactive

6、mentalisparticularlyserious.Intheoperationforremovingandcollectingthecontaminatedsoil,accuratelycontrollingtheclearancedepthcanbringahugeeconomicandengineeringefficiencyforthesoilrepairingengineering.Thus,thereal-timemeasurementoftheterrainheightandtheapplicationofmeasuredre

7、sultstocontroltheclean-upmachineryworkingdepthhaveanimportantpracticalsignificance.Inthispaper,thetechniqueofultrasonicrangingmeasurementhasbeencarefullyinvestigated,andtheultrasonicpulseechomethodisusedtotheterrainheightmeasurement.Forimprovingthedetectionaccuracy,anexperim

8、entalplatformfortheultrasonicdetectionisdeveloped.Then,focusontheresearchof