Як поводитися з сонарною перехресною розмовою

Наш робот має круглий масив з 12 датчиків сонар, який виглядає приблизно так:

Самі датчики сонара досить хороші. Ми використовуємо фільтр низьких частот для боротьби зі шумом, і показання здаються досить точними. Однак, коли робот натрапляє на рівну поверхню, як стіна, трапляється щось дивне. Сонари не показують показань, які вказували б на стіну, натомість вона виглядає як вигнута поверхня.

Сюжет внизу був зроблений, коли робот був облицьований стіною. Дивіться криву в синіх лініях порівняно з прямою червоною лінією. Червона лінія була створена за допомогою камери для виявлення стіни, де на блакитних лініях показані відфільтровані звукові показання.

Ми вважаємо, що ця помилка пов’язана з перехресним звуком, коли імпульс одного датчика сонара відскакує від стінки під кутом і приймається іншим датчиком. Це систематична помилка, тому ми не можемо реально впоратися з нею так, як з шумом. Чи є якісь рішення, щоб їх виправити?

Це поширена проблема, і одна з багатьох. Акустичне зондування - це складна сфера дослідження, значна частина якої витрачається на здогадки, який шлях пройшла звукова хвиля між її надсиланням та отриманням. Як ви вже помітили, якщо припустити, що він вийшов прямо і повернувся прямо, це дасть дивні результати на практиці.

Щоб вирішити це дійсно, вам потрібно використовувати систему, яка розміщує унікальну частоту та / або довжину тону на кожному датчику. Це може бути сприйнято до значних крайнощів, наприклад, частотно-стрибкована псевдовипадкова модуляція ширини імпульсу для усунення перехресних датчиків сонячних датчиків у мобільних роботів .

Існує також низькотехнологічне рішення, яке досить просто в концепції. Якби ви хотіли просто виявити перехресну розмову, було б справою провести імпульс одного датчика між випуском усіх імпульсів датчиків. Якщо ви виявите зворотний імпульс за допомогою будь-якого іншого датчика, ви знаєте, що ви перебуваєте в перехресній ситуації.

На практиці це досить марно: зауважте, що це вдвічі зменшує кількість проб, які ви можете взяти. Таким чином, ви можете покращити реалізацію, поділивши датчики на групи, де кожен член групи досить далекий від інших, щоб він не отримував перехресних переговорів. Найбільш надійний варіант такого підходу - зробити так, щоб самі групи були псевдовипадковими, що не лише дозволяє середньому оцінювати помилки, але сприяє виявленню перехресних розмов на основі індивідуального датчика.

У вашому конкретному випадку ви маєте додаткову перевагу сенсора камери, який ви показали, повертаючи більш правильне значення для діапазонів. Стратегії поєднання окремих (і, можливо, суперечливих) вимірювань в єдину більш точну оцінку є власною дуже широкою темою (називається синтезом , приклад 1 , приклад 2 ), але дуже актуальною для того, що ви тут робите.

Деякі датчики, такі як Maxbotix MB1200 XL-MaxSonar-EZ0, мають вбудовану систему ланцюга ромашок, де один датчик спрацьовує наступний датчик після того, як він закінчить вимірювання. Таким чином, ви можете мати N датчиків і гарантувати, що тільки один стріляє одразу, але там наступний датчик спрацьовує, як тільки перший зібрав своє повернення. Це рішення просте, але, очевидно, значно зменшує кількість отриманих даних за одиницю часу. Рішення Яна набагато ближче до оптимальних.

Чи можливо використовувати декілька ультразвукових датчиків на одному роботі? Так: "Використання декількох датчиків сонця" .

Як ви вже зрозуміли, один датчик часто отримує відгомони пінгів, що надсилаються іншим датчиком. Існує кілька способів боротьби з перехресною чутливістю, орієнтовно в першу чергу:

• Пінг тільки одного перетворювача за один раз, ігноруючи всі інші перетворювачі, очікуючи, що "привид відлуння" від поточного перетворювача вщухне, перш ніж пінгнути наступний перетворювач. Це набагато швидше, ніж механічне обертання одного перетворювача. Можливо, це буде досить швидко, якщо ваш робот не врізається в речі майже зі швидкістю звуку.
• Використовуйте відносно вузькі передавачі кутів проміння або приймачі (або обидва) на датчик, і збільшуйте кут від одного датчика до іншого, щоб один датчик не міг чути відлуння від іншого (якщо тільки матеріал перед перетворювачем не викликає дивних бічних віддзеркалень ) - датчики, розташовані під кутом приблизно так само, як і кут променя. На жаль, це залишає «сліпі плями» між перетворювачами, де об'єкти не можуть побачити жоден перетворювач.
• Деякі комбінації - наприклад, збільшити кут від одного датчика до іншого, так що один датчик чує лише відлуння від своїх двох сусідів (приблизно половина кута променя); потім чергуються між пінгвінг парних перетворювачів (ігнорування непарних перетворювачів) і пінгнгом непарних перетворювачів (ігнорування парних перетворювачів).
• Кожен перетворювач, що працює на різній частоті. На жаль, всі дешеві ультразвукові перетворювачі, за невеликими винятками , налаштовані на резонанс на 40 кГц. Під час прослуховування різноманітних сигналів ці перетворювачі можуть "чути" лише ті сигнали, які знаходяться в межах кількох кГц 40 кГц. Вам доведеться врівноважити (a) Чим далі від 40 кГц ви використовуєте на перетворювачі, розрахованому на 40 кГц, тим менш чутливим він є, тому вам потрібно частота "відносно близька" до 40 кГц; та (а) Чим ближче всі частоти разом, тим складніше їх розрізнити, тому вам потрібно набір частот, які розповсюджуються "відносно далеко один від одного". Я не знаю, чи є хороший компроміс чи ні - якщо ні, ви застрягли в (c) використанні більш дорогих датчиків, налаштованих на інші частоти,"широкосмугові" датчики, не налаштовані на певну частоту.
• Використовуйте різні таймінги передачі, щоб виключити відлуння привидів. Скажіть, ви передаєте зліва, затримуйте 2 мс (недостатньо майже, щоб відлуння вщухали), потім передавали праворуч, ... після того, як відлуння вщухають, потім передають зліва, затримують 3 мс, потім передають від право. Якщо правий приймач отримує відлуння на 5 мс пізніше, обидва рази, ви можете бути впевнені, що це справжнє відлуння; якщо правий приймач отримує відлуння назад 5 мс пізніше першого разу, 6 мс пізніше вдруге, це, мабуть, привид з лівого приймача. (Існують набагато більш досконалі методи "розширеного спектру" для відділення багатьох передавачів, які використовують однакову частоту одночасно.)
• Поєднайте сигнали з усіх приймачів. Якщо у вас є один центральний передавач, який пінг в усіх напрямках (або рівнозначно, у вас є передавачі, спрямовані в будь-який бік, і ви записуєте їх все в один і той же момент), і перше ехо ви повертаєтеся спочатку в лівий приймач (потім пізніше праворуч приймач чує відлуння), ви знаєте, що найближча перешкода ближче до лівого боку, ніж права. (Існують більш досконалі методи "фазового масиву", які поєднують сигнали з усіх приймачів, і ще більш досконалі методи "формування променя" для незначного регулювання часу передачі всіх передавачів.)

PS: Ви бачили "Інфрачервоне проти ультразвукового - Що ви повинні знати" ?

(Так, я говорив це все раніше, на "Питання про декілька ультразвукових далекомірів" .)