Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The detection of walls and corners using acoustic methods

Olga Magdalena Krawczyk

Abstract

The aim of this study was to develop the method used for detection of walls and corners with the use of acoustic signals. The presented system has been entirely developed in MATLAB environment, applying the knowledge concerning wave propagation, analytic geometry and signals processing. The development of the system can be divided into two stages. The aim of the first stage was to define the criteria enabling the distinction between walls and corners. The following objects were modeled in MATLAB environment: a wall and a corner, as well as the spots where the transmitter and eight signals receivers were located. The ultrasound signal with the frequency of 20-22 kHz was generated from the loudspeaker. After being reflected from an obstacle, ultrasound signals are accompanied by various phenomena typical for sound waves. The reflected signals returning to the receivers from an obstacle are weaker. They cover the distance from transmitter to receiver in a certain time, which can be easily measured. Based on transmitted and returning signals analysis the delays of the signal were determined. Those delays were further compared to the delays resulting from the shortest distance between microphone matrix, loudspeakers and examined obstacle. The next stage focuses of the development of the algorithm aimed at determining if the signal received by the microphone had been reflected from a wall or a corner. The elements of analytic geometry, e.g. plane equation were used for the development of the algorithm. To carry the experiments, which would be the closest to the real-life situations, Gaussian noise was added to the received signal. The experiments were conducted for fifty different walls and corners generated separately for each of signal-to-noise ratio values. Based on the conducted experiments the percent relation of the obstacle detection efficacy from the signal-to-noise ratio was determined.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Olga Magdalena Krawczyk (FEIT/IRMT) Olga Magdalena Krawczyk,, The Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology (FEIT/IRMT)Faculty of Electronics and Information Technology (FEIT)
Title in Polish
Detekcja ścian i naroży metodami akustycznymi
Supervisor
Marek Wojciech Rupniewski (FEIT/PE) Marek Wojciech Rupniewski,, The Institute of Electronic Systems (FEIT/PE)Faculty of Electronics and Information Technology (FEIT)
Certifying unit
Faculty of Electronics and Information Technology (FEIT)
Affiliation unit
The Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology (FEIT/IRMT)
Study subject / specialization
, Inżynieria Biomedyczna (Biomedical Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
13-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Grzegorz Domański (FEIT/IRMT) Grzegorz Domański,, The Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology (FEIT/IRMT)Faculty of Electronics and Information Technology (FEIT) Marek Wojciech Rupniewski (FEIT/PE) Marek Wojciech Rupniewski,, The Institute of Electronic Systems (FEIT/PE)Faculty of Electronics and Information Technology (FEIT)
Keywords in Polish
Detekcja kształtu przeszkód, sygnały akustyczne, ultradźwięki
Keywords in English
Shape recognition, acoustic signals, ultrasound
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy jest opracowanie metody służącej do detekcji ścian i naroży z wykorzystaniem sygnałów akustycznych. Proponowany system został w całości opracowany w środowisku MATLAB, z zastosowaniem wiedzy z zakresu propagacji fal, geometrii analitycznej oraz przetwarzania sygnałów. Tworzenie systemu można podzielić na dwa etapy. Celem pierwszego było znalezienie kryterium umożliwiającego odróżnienie ściany oraz narożnika od siebie. W środowisku MATLAB zamodelowane zostały obiekty - płaska ściana oraz narożnik, a także miejsca w których znajdują się nadajnik oraz osiem odbiorników sygnałów. Z głośnika został wygenerowany modulowany sygnał ultradźwiękowy, o częstotliwości w zakresie 20-22 kHz. Sygnałom ultradźwiękowym po odbiciu od przeszkody towarzyszą wszelkie zjawiska typowe dla fal akustycznych. Sygnały rozproszone od przeszkody wracają do odbiorników osłabione. Pokonują odległość od nadajnika z powrotem do odbiornika w pewnym czasie, który łatwo można wyznaczyć. Na podstawie analizy sygnału nadanego i sygnału powracającego określone zostały opóźnienia sygnału, które następnie są porównane z opóźnieniami wynikającym z najkrótszej odległości pomiędzy matrycą mikrofonów, głośnikiem oraz badaną przeszkoda. W kolejnej części został opracowany algorytm, którego celem jest określenie czy sygnał odebrany w mikrofonie został odbity od przeszkody będącej płaską ścianą czy narożem. Do stworzenia algorytmu zostały wykorzystane elementy geometrii analitycznej np. równania płaszczyzny. Aby przeprowadzić eksperymenty najbardziej zbliżone do sytuacji mających miejsce w rzeczywistości, do sygnału odebranego został dodany szum gaussowski. Badania były wykonane dla sygnałów o różnym stopniu zaszumienia oraz dla 50 różnych ścian oraz narożników wygenerowanych osobno dla każdej z wartości stosunku sygnału do szumu. Na podstawie przeprowadzonych prób została wyznaczona procentowa zależność skuteczności rozpoznania przeszkody od stopnia zaszumienia sygnału.
File
  • File: 1
    Praca_dyplomowa.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 32224

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTfcfbfb9cc1674ed7a8343345a445b93c/
URN
urn:pw-repo:WUTfcfbfb9cc1674ed7a8343345a445b93c

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page