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无人车在越野环境中行驶,需要通过环境感知传感器对车辆周边的环境进行数据采集、处理,获得周边的障碍物特征及位置信息,确认可通行路径,从而为自主车的导航、规划及控制提供依据。超声传感器,相对激光雷达、毫米波雷达等主流传感器,由于其固有的特性,存在测距离近、障碍定位精度低等缺点,因而一般认为不适合于无人车障碍检测应用。但是考虑到超声传感器具有环境适应性强、价格低廉的优点,本文针对远距离、高精度超声测障系统进行深入研究,在远距离超声传感器设计、测障算法及工程实现上取得了突破性成果。主要研究成果和创新点如下:1.提出了一种反射式压电陶瓷超声换能器设计方法,且研制成了车载远距离、高指向性、小型超声测障换能器。通过对复合压电陶瓷圆管径向模和频率特性进行理论分析,成功解除了压电陶瓷片谐振频率和辐射面之间的耦合关系,从而设计并实现了反射式压电陶瓷换能器结构。实车试验证明该换能器的可用性。2.提出了一种超声波发射和接收电路的优化设计方法。通过综合设计匹配电路、调谐变压器与高频脉冲变压器,研制了逆变型超声换能器发射电路;通过低噪声时变增益电路、高灵敏度调谐放大电路等关键电路,设计实现了车载超声传感器接收电路。理论分析与仿真实验结果表明该方法提高了发射功率和接收灵敏度,使得研制成的超声测障系统具有检测距离远、定位精度高的特点,实车试验证明了该系统满足越野无人车测障要求。3.提出了超声传感器建模和障碍检测算法,把传统超声传感器只使用第一个回波数据的测量方法改为对全部回波数据进行滤波处理,从而实现串扰、反射、干扰等虚假数据的自动消除和流水处理。实车试验证明该方法鲁棒性好、处理速度快,适合在野外复杂环境中使用。4.提出一种基于超声阵列的动态数据滤波方法。该方法利用空间几何关系、车体姿态和运动信息对超声数据进行迭代动态滤波,消除了野值,提高了障碍定位的精度。野外试验结果表明本文算法的有效性。本文的成果为越野无人车重新应用超声传感器检测障碍奠定了技术基础。