Application des architectures reconfigurables à la conception de systèmes sensoriels ultrasoniques

Application of reconfigurable architecture to the design of ultrasonic sensorial systems

• Auteur / Autrice : Alvaro Hernandez Alonso
• Direction : Jean-Pierre Derutin, Jésus Urena Urena
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et systèmes (Vision pour la robotique)
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons

Robots mobiles

Sonar

Vision par ordinateur

Résumé

Cette thèse propose un nouveau système sensoriel sonar, orienté vers une application dans la robotique mobile, lequel a été dessiné et optimisé pour accomplir quelques unes des restrictions qui normalement accompagnent ce genre de systèmes sensoriels. Pour cela, il a été utilisé un appareil sensoriel forme de quatre capteurs qui permettent d'obtenir une meilleure information de l'environnement dans un moindre temps d'exploration. Il est proposé une série d'algorithmes pour l'interprétation des mesures ultrasoniques, en réalisant une étude et un développement sur divers genres d'architectures de computation afin d'obtenir une aide en temps réel. Le système se base sur la détermination des temps de vol (TDV) ultrasoniques après chaque émission. Pour améliorer le système, les 4 capteurs sont synchronisés afin de faciliter la réception simultanée, ainsi que l'émission simultanée pour deux d'entre eux. L'émission simultanée développée consiste en une codification de l'émission, au moyen de l'assignation de deux séquences complémentaires Golay pour chacun d'émetteurs. Ces deux séquences présentent une auto-corrélation élevée, ce qui a permis d'obtenir un système doté d'une haute immunité au bruit et de précisions sous-millimétrique dans la mesure des distances ; ainsi qu'une corrélation croisée avec les les séquences de l'autre émetteur nulle, ce qui a évité l'existence d'interférences croisées entre les 2 capteurs en émettant simultanément. De même, l'emploi de ces séquences binaires a permis l'élimination de la zone aveugle proche du conducteur, limitation assez habituelle dans d'autres systèmes sensoriels ultrasoniques antérieurs. Tous les algorithmes proposés dans un bas niveau pour la détermination de TDVs ont été facilités sur différents types d'architectures de computation, en réalisant finalement une conception optimum en temps réel sur un système à configurer basé sur un dispositif logique programmable. A partir des TDVs déterminés, les algorithmes ont été conçus et développés pour le traitement du signal ultrasonique de haut niveau, dont l'objectif final est l'obtention d'un système capable de s'adapter aux changements qui se produisent dans l'environnement exploré. De cette façon, il a été défini un mode de fonctionnement à déterminer selon la distance à laquelle se trouvent les réflecteurs. L'environnement a été divisé en 3 zones, et il a été assigné à chacune une série d'algorithmes ; ceux-ci afin de freiner la qualité du signal ultrasonique au fur et à mesure que la distance détectée augmente, pour obtenir un système des prestations similaires dans n'importe quel point de l'espace exploré. Il a été réalisé une classification du type de réflecteur à partir de 3 modèles classiques : plat, saillant, et coin. Et, finalement, on obtient la construction d'une carte heuristique de l'environnement en essayant de récupérer toute l'information déduite des TDVs. L'analyse à haut niveau a été aussi établie sur une architecture de computation maintenant les restrictions de temps réel. Finalement, une architecture de computation générale a été définie, afin de pouvoir implanter tous les niveaux d'analyse du signal ultrasonique, ainsi que les divers algorithmes proposés dans ce travail. Cette architecture a été essayée dans différents environnements et sur un véhicule commercial CyCab, avec les résulats satisfaisants pour le fonctionnement du système dans l'exploration de l'environnement