सोनार क्रॉसस्टॉक से कैसे निपटें

Question

हमारे रोबोट में 12 सोनार सेंसर का एक गोलाकार सरणी है जो इस तरह दिखता है:

सोनार सेंसर खुद को बहुत अच्छे हैं। हम शोर से निपटने के लिए एक कम-पास फिल्टर का उपयोग करते हैं, और रीडिंग बहुत सटीक लगते हैं। हालाँकि, जब रोबोट दीवार की तरह एक सपाट सतह पर आता है, तो कुछ अजीब होता है। सोनार रीडिंग नहीं दिखाते हैं जो एक दीवार का संकेत देगा, इसके बजाय, यह एक घुमावदार सतह की तरह दिखाई देता है।

जब रोबोट एक दीवार का सामना कर रहा था तो नीचे का प्लॉट बनाया गया था। सीधी लाल रेखा की तुलना में नीले रंग की रेखाओं में वक्र देखें। दीवार का पता लगाने के लिए एक कैमरे का उपयोग करके लाल रेखा का उत्पादन किया गया था, जहां नीली रेखाएं फ़िल्टर्ड सोनार रीडिंग दिखाती हैं।

हमारा मानना ​​है कि यह त्रुटि क्रॉसस्टॉक की वजह से है, जहां एक सोनार सेंसर की नाड़ी एक कोण पर दीवार से टकराती है और दूसरे सेंसर से प्राप्त होती है। यह एक व्यवस्थित त्रुटि है, इसलिए हम वास्तव में इससे नहीं निपट सकते जैसे हम शोर के साथ करेंगे। क्या इसका कोई समाधान है इसके लिए सही करने के लिए?

Comments

संबंधित: "मल्टीपल अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर प्रश्न" । क्या मुझे वहाँ से अपना उत्तर कॉपी-पेस्ट करना चाहिए?

— डेविड कैरी

Answer 1

यह एक आम समस्या है, और एक महान कई में से एक है। ध्वनिक संवेदन अध्ययन का एक जटिल क्षेत्र है, जिसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा यह अनुमान लगाने में खर्च किया जाता है कि इसे भेजने और प्राप्त करने के बीच एक ध्वनि तरंग ने क्या रास्ता निकाला। जैसा कि आपने देखा है, यह मानते हुए कि यह सीधे निकल गया और सीधे वापस आया, अभ्यास में विषम परिणाम देगा।

वास्तव में इसे हल करने के लिए, आपको एक सिस्टम का उपयोग करने की आवश्यकता होगी जो प्रत्येक सेंसर पर एक अद्वितीय आवृत्ति और / या टोन लंबाई रखता है। इसे मोबाइल रोबॉट्स में सोनार सेंसर के क्रिमस्टॉक को खत्म करने के लिए महत्वपूर्ण चरम सीमाओं पर ले जाया जा सकता है, जैसे आवृत्ति-रोकना छद्म-यादृच्छिक पल्स चौड़ाई मॉडुलन ।

एक कम-तकनीकी समाधान भी है, जो अवधारणा में काफी सीधा है। यदि आप क्रॉसस्टॉक का केवल पता लगाना चाहते हैं, तो सभी सेंसर की दालों की फायरिंग के बीच एकल सेंसर की पल्स को फायर करने की बात होगी। यदि आप किसी अन्य सेंसर के साथ रिटर्न पल्स का पता लगाते हैं, तो आप जानते हैं कि आप एक क्रॉसस्टॉक स्थिति में हैं।

व्यवहार में, यह काफी बेकार है: ध्यान दें कि यह प्रभावी रूप से आपके द्वारा लिए गए नमूनों की संख्या को आधा कर देता है। इसलिए आप सेंसरों को उन समूहों में विभाजित करके कार्यान्वयन में सुधार कर सकते हैं, जहाँ समूह का प्रत्येक सदस्य दूसरों से इतना दूर है कि उसे क्रॉसस्टॉक प्राप्त नहीं होगा। इस दृष्टिकोण का सबसे मजबूत संस्करण उन समूहों को खुद को छद्म रूप देना है जो न केवल त्रुटियों को समय के साथ बाहर निकालने की अनुमति देते हैं, बल्कि व्यक्तिगत सेंसर के आधार पर क्रॉसस्टॉक का पता लगाने में सहायता करते हैं।

आपके विशेष मामले में, आपके पास एक कैमरा सेंसर का अतिरिक्त लाभ है जो आपने दिखाया है, जो श्रेणियों के लिए अधिक सही मान लौटा रहा है। एक और अधिक सटीक अनुमान में अलग (और संभवतः परस्पर विरोधी) मापों को संयोजित करने की रणनीतियाँ इसका अपना बहुत व्यापक विषय है (जिसे संलयन कहा जाता है , उदाहरण 1 , उदाहरण 2 ), लेकिन आप यहाँ क्या कर रहे हैं, यह एक बहुत ही प्रासंगिक है।

Answer 2

कुछ सेंसर, जैसे कि Maxbotix MB1200 XL-MaxSonar-EZ0, में एक डेज़ी चेनिंग सिस्टम बनाया गया है जहां एक सेंसर अगले सेंसर को ट्रिगर करता है जब उसने अपना माप पूरा कर लिया है। इस तरह से आपके पास N सेंसर हो सकते हैं और यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि केवल एक ही बार में फायरिंग हो रही है, लेकिन जैसे ही अगले सेंसर ने आग बुझाई, जैसे ही इसकी वापसी हुई। यह समाधान सरल है लेकिन स्पष्ट रूप से आपके द्वारा प्रति यूनिट समय पर प्राप्त होने वाले डेटा की मात्रा को बहुत कम कर देता है। इयान के समाधान इष्टतम के करीब हैं।

Answer 3

क्या एक रोबोट पर कई अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग करना संभव है? हां: "मल्टीपल सोनार सेंसर्स का उपयोग करना" ।

जैसा कि आपने पहले ही पता लगा लिया है, एक सेंसर अक्सर दूसरे सेंसर द्वारा भेजे गए पिंग की गूँज प्राप्त करता है। क्रॉस-सेंसिटिविटी से निपटने के कई तरीके हैं, मोटे तौर पर सरलतम के क्रम में:

• एक समय में केवल एक ट्रांसड्यूसर को पिंग करें, अगले ट्रांसड्यूसर को पिंग करने से पहले मरने के लिए वर्तमान ट्रांसड्यूसर से "भूत गूँज" की प्रतीक्षा करते हुए अन्य सभी ट्रांसड्यूसर की उपेक्षा करें। यह यंत्रवत् एक ट्रांसड्यूसर को घुमाने की तुलना में बहुत तेज है। शायद यह काफी तेजी से होगा, जब तक कि आपका रोबोट ध्वनि की गति से चीजों में नहीं घूम रहा हो।
• अपेक्षाकृत संकीर्ण बीम कोण ट्रांसमीटर या रिसीवर (या दोनों) प्रति सेंसर का उपयोग करें, और कोण को एक सेंसर से अगले तक बढ़ाएं ताकि एक सेंसर दूसरे से गूंज न सुन सके (जब तक कि ट्रांसड्यूसर के सामने सामान कुछ अजीब पार्श्व प्रतिबिंब का कारण न हो। ) - सेंसर बीम कोण के समान लगभग अलग हो गए। काश, यह ट्रांसड्यूसर्स के बीच "ब्लाइंड स्पॉट" छोड़ देता है जहां वस्तुओं को किसी भी ट्रांसड्यूसर द्वारा नहीं देखा जा सकता है।
• कुछ संयोजन - उदाहरण के लिए, कोण को एक सेंसर से दूसरे तक बढ़ाएं ताकि एक सेंसर केवल अपने 2 पड़ोसियों (लगभग आधा बीम कोण) से गूँज सुन सके; फिर भी ट्रांसड्यूसर (विषम ट्रांसड्यूसर की अनदेखी) और विषम ट्रांसड्यूसर (यहां तक ​​कि ट्रांसड्यूसर की अनदेखी) को पिंग करने के बीच वैकल्पिक करें।
• प्रत्येक ट्रांसड्यूसर एक अलग आवृत्ति पर काम कर रहा है। काश, सभी कम लागत वाले अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर, कुछ अपवादों के साथ , 40 किलोहर्ट्ज़ पर प्रतिध्वनित होते हैं। जब विभिन्न प्रकार के संकेतों को सुनते हैं, तो ये ट्रांसड्यूसर केवल "सुन" संकेत दे सकते हैं जो कि 40 kHz के कुछ kHz के भीतर हैं। आपको संतुलन करना होगा (क) 40 kHz से आगे का उपयोग आप 40 kHz के लिए डिज़ाइन किए गए ट्रांसड्यूसर पर करते हैं, यह कम संवेदनशील है, इसलिए आप 40 kHz के लिए एक आवृत्ति "अपेक्षाकृत करीब" चाहते हैं; और (ए) करीब सभी आवृत्तियां एक साथ हैं, उनके बीच भेदभाव करना जितना मुश्किल है, उतना ही आप चाहते हैं कि आवृत्तियों का एक सेट जो "अपेक्षाकृत दूर तक फैल" हो। मुझे नहीं पता कि कोई अच्छा समझौता है या नहीं - यदि नहीं, तो आप (सी) अन्य आवृत्तियों के लिए तैयार किए गए अधिक महंगे सेंसर का उपयोग करते हुए फंस गए हैं,"वाइड-बैंडविड्थ" सेंसर किसी विशेष आवृत्ति के अनुरूप नहीं हैं।
• भूत गूँज को बाहर निकालने के लिए विभिन्न संचारित समय का उपयोग करें। मान लें कि आप बाईं ओर से संचारित हैं, विलंब से 2 ms (echoes को मरने नहीं देने के लिए लगभग पर्याप्त नहीं है), फिर दाईं ओर से संचारित करें, ... echoes के नीचे मरने के बाद, फिर बाईं ओर से संचारित होने पर, विलंब से 3 ms, फिर से संचारित करें सही। यदि सही रिसीवर को 5 बार बाद में दोनों बार एक प्रतिध्वनि मिलती है, तो आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि यह एक वास्तविक प्रतिध्वनि है; यदि दाएं रिसीवर को 5 मिनट बाद, पहली बार 6 एमएस, दूसरी बार बाद में एक प्रतिध्वनि मिलती है, तो संभवतः यह बाएं रिसीवर से भूत है। (एक ही समय में एक ही आवृत्ति का उपयोग करके कई ट्रांसमीटरों को अलग करने के लिए बहुत अधिक परिष्कृत "स्प्रेड स्पेक्ट्रम" तकनीकें हैं।)
• सभी रिसीवर से संकेतों को मिलाएं। यदि आपके पास एक केंद्रीय ट्रांसमीटर है जो सभी दिशाओं में पिंग करता है (या समतुल्य आपके पास हर दिशा में प्रेषित ट्रांसमीटर हैं, और आप उन सभी को एक ही पल में पिंग करते हैं), और पहले वाली गूंज आपको वापस मिलती है पहले बाएं रिसीवर को हिट करता है (फिर बाद में दाएं) रिसीवर एक प्रतिध्वनि सुनता है), आप जानते हैं कि निकटतम बाधा दाईं ओर की तुलना में बाईं ओर के करीब है। (अधिक परिष्कृत "चरणबद्ध सरणी" तकनीकें हैं जो सभी रिसीवरों से संकेतों को जोड़ती हैं, और सभी ट्रांसमीटरों के संचारित समय को थोड़ा समायोजित करने के लिए और भी अधिक परिष्कृत "बीमफॉर्मिंग" तकनीक हैं।)

पुनश्च: क्या आपने देखा है "इन्फ्रारेड बनाम अल्ट्रासोनिक - आपको क्या पता होना चाहिए" ?

(हां, मैंने यह सब पहले "मल्टीपल अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर प्रश्न" पर कहा है ।)