【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用超声波绘制三维图，具体为超声波dtof三维成像系统及方法。
技术介绍
1、目前国内辅助驾驶方案普遍采用激光雷达，激光雷达对算力要求高，汽车算力严重不足。激光成像从基于规则的机器人变形框架到基于数据训练模型的深度学习网络，感知算法的框架已经到了天花板。激光雷达硬件方面的突破带来了更大的算力需求，激光雷达与超米波雷达越做越清晰在有限的电路板承载更多算力，强化cpu加速走高性能计算与张强化硬件均无法解决当前算力不够的问题。导致车辆所载用的自动驾驶系统延时高，无法满足自动驾驶的需求。
2、超声波tof-d即超声波衍射时差法，是一种依靠从待检试件内部结构(主要是指缺陷)的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。超声波传感器是一个主动声学传感器，它在沿着特定的测量路径移动时向一个目标发射超声波束。超声波传感器传感器中的接收器会对从目标反射回来的超声波进行检测和分析。这些接收器会记录超声波脉冲从离开系统到返回系统的精确时间，以此计算传感器与目标之间的范围距离。这些距离测量值会与位置信息(gps和ins)一起转换为对象空间中反射目标实际三维点的测量值。
3、超声波传感器系统的主要硬件组成部分包括一组车辆(飞机、直升机、车辆以及三脚架)、超声波扫描系统、gps(全球定位系统)和ins(惯性导航系统)。ins系统测量超声波传感器系统的滚动角、俯仰角与前进方向。
4、超声波传感器是一个主动声学传感器，它在沿着特定的测量路径移动时向一个目标发射超声波束。超声波
5、目前使用的汽车主动安全技术都是利用安装在车辆上的毫米波雷达，激光雷达，视觉摄像头等车载传感器感知周围行人、车辆状态和环境信息，判断车辆的安全性，并在紧急情况下采取适当的防撞措施。由于这些车载传感器的自身特性，所需要的算力要求高，导致自动驾驶缓解车辆延时高，由此可见，基于车载传感器探测的智能汽车主动安全系统并不能完全满足智能车辆在防撞安全性上的要求。现有的三维成像系统在使用时通过gps定位测算穿越距离，误差较大，难以获取较为准确地目标三维坐标；现有的三维成像系统在当设备承载端在没有信号的地区时通过惯性导航的方式，设备承载端由于速度时刻变化，因此会导致所绘出的三维图像与实际地形相差较远。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了超声波dtof三维成像系统及方法，解决了现有的车载传感器探测的智能汽车主动安全系统并不能完全满足智能车辆在防撞安全性上要求的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：超声波dtof三维成像系统，包括设备承载端、超声波扫描系统、gps、速度检测系统、速度模拟系统、距离测算模块、激光雷达扫描系统、数据运算系统和三维绘图系统，所述超声波扫描系统、gps、速度模拟系统、距离测算模块、激光雷达扫描系统、数据运算系统和三维绘图系统均安装在设备承载端相互之间电性连接。
5、所述超声波扫描系统包含至少一个超声波传感器。
6、所述速度检测系统用于实时检测设备承载端移动速度。
7、所述速度模拟系统根据速度检测系统的速度模拟当前设备承载端，并通过数据运算系统计算得出实时位移距离。
8、所述三维绘图系统根据超声波扫描系统和速度模拟系统数据得出地面物体的准确三维坐标点，然后将所有三维坐标点汇聚成点云数据并生成三维图。
9、所述gps用于在信号覆盖范围内对设备承载端进行定位。
10、优选的，所述速度检测系统采用多普勒测速仪进行测速。
11、优选的，所述设备承载端包含汽车、飞机或卫星设备。
12、优选的，所述三维绘图系统包含显示器和无线传输模块。
13、所述距离测算模块用于检测目标与设备承载端的实时距离，距离较长时间时切换至激光雷达扫描系统，近距离时切换至超声波扫描系统。
14、优选的，所述数据运算系统采用matlab解算三维绘图系统中的距离和速度，单个扫描周期adc采样点数为n，采样频率为fs，式中n为超声波传感器对应的频点，根据t、fs、n之间的关系，距离与频率关系的公式为：
15、
16、式中，c/2b为三维绘图系统的距离分辨率δr，n乘以距离分辨率就可得到目标在三维制图中距离。
17、优选的，所述速度模拟系统根据速度检测系统得出的设备承载端实时速度在匀加速过程计算方式如下公式：
18、
19、其中v0为初始速度，a为加速度，t为时间。
20、所述速度模拟系统根据速度检测系统得出的设备承载端实时速度在匀加速过程将时间细化后求和算出总的斜线下方面积，设计算任一曲线f(x)下a<＝x<＝b的面积，间隔分为n个切片每个切片的宽度为(b-a)/n，第i个切片左侧坐标为xi,高度为f(xi)，用积分的方式将所有小块面积加起来就是总面积，即时运动距离，其计算方式如下公式：
21、定积分
22、在这个等式中，
23、超声波dtof三维成像系统的方法，所述超声波tof-d三维成像系统的方法如下：
24、第一步，设备承载端携带超声波扫描系统在gps指引下进入指定目标区域移动。
25、第二步，超声波扫描系统向地面发射超声波并记录初始位置。
26、第三步，设备承载端携带超声波扫描系统位移一段距离后接收到超声波回波，记录接受回波时间计算出时间间隔。
27、第四步，速度检测系统根据实时加速度和时间间隔，计算出设备承载端的位移距离。
28、第五步，三维绘图系统根据超声波回波后所得出数据以及设备承载端的位移距离开始计算得出实时目标的点云数据。
29、第六步，三维绘图系统根据点云数据生成生成三维图。
30、第七步，生成的三维图可用过无线传输模块发送至服务器端存储。
31、优选的，生成的三维图通过压缩模块压缩后打包并加密，然后发送至服务器端。
32、(三)有益效果
33、本专利技术提供了超声波dtof三维成像系统及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
34、1.通过超声波扫描系统向地面发射超声波并记录初始位置，设备承载端携带超声波扫描系统位移一段距离后接收到超声波回波，记录接受回波时间计算出时间间隔，然后速度检测系统根据实时加速度和时间间隔，计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.超声波dTOF三维成像系统，其特征在于：包括设备承载端、超声波扫描系统、GPS、速度检测系统、速度模拟系统、距离测算模块、激光雷达扫描系统、数据运算系统和三维绘图系统，所述超声波扫描系统、GPS、速度模拟系统、距离测算模块、激光雷达扫描系统、数据运算系统和三维绘图系统均安装在设备承载端相互之间电性连接；
2.根据权利要求1所述的超声波dTOF三维成像系统，其特征在于：所述速度检测系统采用多普勒测速仪进行测速。
3.根据权利要求1所述的超声波dTOF三维成像系统，其特征在于：所述设备承载端包含汽车、飞机或卫星设备。
4.根据权利要求1所述的超声波dTOF三维成像系统，其特征在于：所述三维绘图系统包含显示器和无线传输模块。
5.根据权利要求1所述的超声波dTOF三维成像系统，其特征在于：所述数据运算系统采用MATLAB解算三维绘图系统中的距离和速度，单个扫描周期ADC采样点数为N，采样频率为Fs，式中n为超声波传感器对应的频点，根据T、Fs、N之间的关系，距离与频率关系的公式为：
6.根据权利要求1所述的超声波dTOF三
7.根据权利要求1-6任意一项所述的超声波dTOF三维成像系统得出超声波dTOF三维成像系统的方法，其特征在于：所述超声波TOF-D三维成像系统的方法如下：
8.根据权利要求7所述的超声波dTOF三维成像系统的方法，其特征在于：生成的三维图通过压缩模块压缩后打包并加密，然后发送至服务器端。
...【技术特征摘要】
1.超声波dtof三维成像系统，其特征在于：包括设备承载端、超声波扫描系统、gps、速度检测系统、速度模拟系统、距离测算模块、激光雷达扫描系统、数据运算系统和三维绘图系统，所述超声波扫描系统、gps、速度模拟系统、距离测算模块、激光雷达扫描系统、数据运算系统和三维绘图系统均安装在设备承载端相互之间电性连接；
2.根据权利要求1所述的超声波dtof三维成像系统，其特征在于：所述速度检测系统采用多普勒测速仪进行测速。
3.根据权利要求1所述的超声波dtof三维成像系统，其特征在于：所述设备承载端包含汽车、飞机或卫星设备。
4.根据权利要求1所述的超声波dtof三维成像系统，其特征在于：所述三维绘图系统包含显示器和无线传输模块。
5.根据权利要求1所述的超声波...
【专利技术属性】
技术研发人员：高泰龙，叶强，梅宗维，宋永利，申振，胡曼，林蓁蓁，张镘玉，史冰清，
申请(专利权)人：高泰龙，
类型：发明
国别省市：
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