Optimized data processing in precision laser rangefinder with embedded microcontroller

• Autorzy: Sondej T. , Pełka R. , Poniecki A.

Warianty tytułu

PL

Zoptymalizowane przetwarzanie danych w precyzyjnym dalmierzu laserowym z mikroprocesorem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Algorithms and methods for real-time data processing in a precision laser rangefinder are presented. They have been optimized in two-fold way: (1) to reduce the influence of outliers in a sample of measurement data and (2) to minimize the calculation time of the measured distance. Task (1) has been solved using the robust estimation algorithm proposed by Tukey and the window filtering method. Some improvements of the window filtering principle are also presented which decrease the uncertainty of the measurement result and significantly reduce the calculation time. To accomplish task (2) a detailed analysis of the time consumed by particular stages of calculations has been performed and then critical sections of the software have been improved. The optimized algorithms have been tested using a laboratory model of a laser rangefinder featuring 3 cm single-shot resolution. Comparisons of experimental results for different versions of data processing algorithms are also presented.

PL

W artykule przedstawiono algorytmy i metody przetwarzania danych opracowane do obliczania wyników pomiarów w precyzyjnym dalmierzu laserowym. Są one wynikiern dwutorowej optymalizacji wykonanej pod kątem: (1) zmniejszenia wpływu dużych odskoków w serii pomiarów na wynik wartości uśrednionej oraz (2) skrócenia czasu obliczeń. Zadanie (1) rozwiązano przy użyciu metody silnej estymacji zaproponowanej przez Tukeya oraz metody filtracji okienkowej. Przedstawiono ulepszenia metody filtracji okienkowej umożliwiające dwukrotne skrócenie czasu obliczeń. W celu rozwiązania zadania (2) wykonano szczegółową analizę czasu zużywanego w kolejnych etapach obliczeń, po czym ulepszono krytyczne fragmenty oprogramowania. Zoptymalizowane algorytmy zostały przebadane eksperymentalnie z użyciem modelu laboratoryjnego dalmierza laserowego o rozdzielczości 3 cm przy pojedynczym pomiarze. Podano również wyniki badań porównawczych dla różnych wersji algorytmów przetwarzania danych.

Słowa kluczowe

EN

laser rangefinder; robust estimation; embedded processing; Tukey algorithm; window filtering method

PL

dalmierz laserowy; silna estymacja; algorytm Tukeya; metoda filtracji okienkowej

• Wydawca: Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN
• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 10, nr 3
• Strony: 271--286
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sondej T.

• Military University of Technology

autor

Pełka R.

• Military University of Technology

autor

Poniecki A.

• Military University of Technology

Bibliografia

• 1. Hoaglin D. C., Mosteller F., Tukey J. W.: Understanding robust and exploratory data analysis. John Wiley & Sons Inc., New York, 1983.
• 2. Poniecki A.: Robust estimation in precision time-interval measurements with picosecond resolution. Doctoral Thesis (in Polish), WAT, Warsaw, 1999.
• 3. Määttä K., Kostamovaara J.: A high-precision time-to-digital converter for pulsed time-to-flight laser radar applications. IEEE Trans. Instr. Meas., vol. 47, no. 2, 1998, pp. 521-536.
• 4. Kalisz J., Szplet R., Pełka R., Poniecki A.: Single-chip interpolating time counter with 200-ps resolution and 43-s range. IEEE Trans. Instr. Meas., vol. 46, no. 4, 1997, pp. 851-856.
• 5. Hampel F. R., Ronchetti E. M., Rousseeuw P. J., Stahel W. A.: Robust statistics. Wiley, New York, 1986.
• 6. Barnet V., Lewis T.: Outliers in statistical data. Wiley, New York, 1994.
• 7. Oppenheim A., Schafer R.: Discrete-Time Signal Processing. Prentice-Hall, New York, 1989.
• 8. Sondej T.: Efficient methods of data processing in precision laser rangefinders with high-speed microcontrollers. Doctoral Thesis (in Polish), WAT, Warsaw, 2003.
• 9. Krysicki W., et al.: Probability and statistics in examples. Part II, (in Polish), PWN, Warszawa, 2000.
• 10. Sondej T., Pełka R.: Data processing and calibration in precision laser rangefinder. Proc. ODIMAP III Conf., Pavia, Italy, 2001, pp. 124-129.
• 11. Faigon A.: http://www.yendor.com/programming/sort/.
• 12. Porter F.: Statistics Lecture, http://www.hep.caltech.edu/-fcp/statistics, Caltech, California 2000.