Повышение разрешающей способности ультразвуковых сенсоров для беспилотных летательных аппаратов

( 1 Vote ) 
Категория: ИКТМ 2015 Просмотров: 526
 УДК 621.396.67
ПОВЫШЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ
СЕНСОРОВ ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
В.В. Байдаченко*, студент гр. 560М
Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»


В настоящий момент при выполнении различных задач широко применяются беспилотные летательные аппараты (БпЛА). Одним из направлений их применения является мониторинг, оценка и контроль труднодоступных и масштабных зон чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. При этом для беспилотной системы особенно актуальной становится задача оперативного изменения маршрута полета при возникновении на траектории движения различных препятствий. С точки зрения обеспечения всепогодности, простоты реализации и дешевизны наиболее перспективными представляются системы, которые строятся с использованиемультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Большинство сенсоров, применяемых на БпЛА, работают по принципу дальномера, т. е., предусматривают получение информации о расстоянии до ближайшей точки объекта. Данное решение не является эффективным, так как не предоставляет полную информацию о характере препятствия и его габаритах. Поскольку препятствия могут иметь небольшие размеры, определение их координат существующими системами может быть затруднено. Для решения этой проблемы применяют сложные зондирующие сигналы, повышающие разрешающую способность системы. Данный метод не предусматривает видоизменения излучателя и приемника, соответственно, его применение в ультразвуковых сенсорах является целесообразным.

В докладе представлены результаты экспериментальных исследований частотных и импульсных характеристик малогабаритных ультразвуковых преобразователей, а также приведена математическая модель преобразователя. Анализ предложенной модели позволяет сделать вывод о возможности расширения спектра излучаемого сигнала, в результате чего повысится устойчивость приемника к помехам; при этом приемник сможет выделить информационный сигнал при низком отношении сигнал / шум. Предложена структурная схема системы с расширением спектра передаваемого сигнала для повышения разрешающей способности по дальности ультразвукового сенсора. Рассмотрены варианты применяемых сложных сигналов, таких как линейно-частотная модуляция, дискретная частотная модуляция, фазовая манипуляция передаваемого сигнала кодами Баркера и М-последовательностями, проанализированы возможность их применения в ультразвуковых сенсорах БпЛА и достижимое разрешение по дальности с учетом частотных характеристик реальных датчиков.

*Научный руководитель – к.т.н., доцент каф.502А.В.Попов.