A novel sonar development platform: Dual frequency sonar beam shaping for angular localization

Abstract

Bu tez calışmasında, biyolojik sonar sistemlerinden ve altında yatan ï¬zik veşsakustik teorisinden esinlenen hava ortamında calışan tam bir ultrason sistemi ortayaşsükonmuştur. Oncelikle, bütünüyle yeni bir sonar donanım platformu tasarlanmış ves uu u sgerşeklenmiştir. Hazırlanan tasarım, genişletilebilir ve esnek bir algılayıcı eşgüdümc s s suumimarisine sahiptir. Sonra, bu mimariyi gerşekleyecek gümülü yazılım hazırlanmıştır.c o uu sBu yazılım dağıtılmış algılayıcıların kontrolünü ve birimler arası alt seviye iletişimini,g s uu syeni bir veriyolu denetimi ile sağlamaktadır. Sonuş, küklü bir donanımsal ve yazılımsalg c oudeğişiklik gerektirmeden gelecekteki sonar araştırmalarını icin temel oluşturacak ben-gs s szersiz bir tümleşik sistemdir. Bu, aşısal konum bulma sorununda güsterilmiştir. Coku s c o s şiyi bilindiği gibi, sonar algılayıcıları bir hedef nesnenin uzaklığını oldukşa hassasg g cübir şekilde belirleyebilmektedirler, fakat aşısal ayrım gücleri cok düşuktür. Oncekis c uş ş usü ucalışmalar tarafından onerilen yüntemler birden cok algılayıcı tabanlı olup, oldukşaşs ü o ş ckarmaşıktırlar. Bu tez calısması tek bir algılayıcıya dayalı bir yaklaşım onermektedir.s ş süBu yeni yaklaşım iki frekanslı sonar hüzme bişimlendirmeye dayanmaktadır. Deneyler,s u casgari donanım, maliyet ve işlem gücü ile, 0.5 derece seviyesinde aşısal doğruluklarıns uu c gkolaylıkla elde edilebileceğini güstermektedir.g o

This thesis presents a complete airborne ultrasound system inspired by bothunderlying physics and biological sonar. First, a completely new hardware platformis designed and developed. This design supports an extendible and ï¬exible sensortopology. Next, the associated ï¬rmware is designed and implemented. This softwareprovides all the lower-level communication among the distributed sensors and the hostprocessor while employing a new bus arbitration technique. An accompanying PCdevelopment environment is created. The result is an unique integrated system thatholds the promise of providing research and development platform for future sonarwork without requiring changes in the hardware and software infrastructure. This isdemonstrated in the problem of ï¬nding angular position. As is well known, sonarsensors are capable of ï¬nding radial position of a target object quite precisely, howeverthey have very low angular resolution. Previous work has proposed methods that arebased on multiple sensors and hence are relatively complex. This thesis proposes anovel approach based on only a single transducer. This approach is based on dualfrequency beam shaping. Experiments serve to demonstrate that even with minimalhardware, and hence processing power and cost, angular accuracies of order 0.5 degreesare easily achievable.