專利名稱：超聲波回波時(shí)間的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于互相關(guān)函數(shù)法的超聲波回波時(shí)間檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
超聲波測(cè)距技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用的非接觸測(cè)距方法[1]，在基于脈沖回波法的超聲測(cè)距中，核心的問題是時(shí)延估計(jì)技術(shù)。目前，采用的時(shí)延估計(jì)方法有閥門法、互相關(guān)函數(shù)法、頻域相位檢測(cè)法和時(shí)頻分析方法[2]。其中，閥門法簡(jiǎn)單實(shí)用，實(shí)時(shí)性好，但要求信號(hào)干擾小，且不能準(zhǔn)確地判定回波前沿的出現(xiàn)時(shí)刻，故難以獲得高精度。而頻域相位檢測(cè)法和時(shí)頻分析方法計(jì)算量大，存儲(chǔ)容量要求很高，實(shí)用性較低[3]?；ハ嚓P(guān)函數(shù)法則是一種既適合于低信噪比信號(hào)，又適合于采用低采樣速率的最佳算法，因而應(yīng)用廣泛[2]。但常規(guī)的互相關(guān)算法是以采樣數(shù)據(jù)為樣本直接處理，運(yùn)算處理的數(shù)據(jù)量仍然過于龐大，對(duì)處理器的存儲(chǔ)器容量和處理速度要求很高[3]，仍難于普及應(yīng)用。[I]高克成超聲物位計(jì)現(xiàn)狀[J]聲學(xué)技術(shù)，2002, 21 (1-2) : 50-62。[2]潘仲明簡(jiǎn)盈王躍科.基于兩步相關(guān)法的大量程超聲波測(cè)距技術(shù)[J].電子測(cè)量與儀表學(xué)報(bào) 200620(5) : 73 — 76。[3]程曉暢蘇紹景王躍科潘仲明祝琴.超聲回波信號(hào)調(diào)制及其包絡(luò)相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)200619^)2571-2577。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超聲波回波時(shí)間的檢測(cè)方法，解決了在目前采用互相關(guān)函數(shù)算法的超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，對(duì)處理器的存儲(chǔ)器容量和處理速度要求甚高的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種超聲波回波時(shí)間的檢測(cè)方法，其特征在于，具體步驟如下步驟I、超聲波傳感器發(fā)送頻率為fs的脈沖串；步驟2、在發(fā)射超聲波信號(hào)的同時(shí)，接收超聲波回波信號(hào)，經(jīng)放大、濾波電路處理后，傳送給處理器處理；步驟3、處理器以信號(hào)采樣頻率f。進(jìn)行采樣，以獲得回波信號(hào)的原始采樣信號(hào)數(shù) 據(jù)，其中，fc≥2fs ；步驟4、確定信號(hào)數(shù)據(jù)處理的壓縮比率k :步驟4. I、確定回波時(shí)間的分辨率td td≤2 d/v，其中，V為聲波在空氣中的傳播速度，d為預(yù)設(shè)的測(cè)量分辨率；步驟4. 2、確定壓縮比率k :k=td* fc，其中，Ts為信號(hào)采樣周期；步驟5、根據(jù)步驟4得到的壓縮比率k，對(duì)步驟3得到的原始采樣信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮預(yù)處理，得到回波信號(hào)樣本數(shù)據(jù)X(n)
權(quán)利要求
1.一種超聲波回波時(shí)間的檢測(cè)方法，其特征在于，具體步驟如下 步驟I、超聲波傳感器發(fā)送頻率為fs的脈沖串； 步驟2、在發(fā)射超聲波信號(hào)的同時(shí)，接收超聲波回波信號(hào)，經(jīng)放大、濾波電路處理后，傳送給處理器處理； 步驟3、處理器以信號(hào)采樣頻率f。進(jìn)行采樣，以獲得回波信號(hào)的原始采樣信號(hào)數(shù)據(jù)，其中，fc>2fs; 步驟4、確定信號(hào)數(shù)據(jù)處理的壓縮比率k 步驟4. I、確定回波時(shí)間的分辨率td td < 2 · d/v，其中，V為聲波在空氣中的傳播速度，d為預(yù)設(shè)的測(cè)量分辨率； 步驟4. 2、確定壓縮比率k : k = td · f。，其中，Ts為信號(hào)采樣周期； 步驟5、根據(jù)步驟4得到的壓縮比率k，對(duì)步驟3得到的原始采樣信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮預(yù)處理，得到回波信號(hào)樣本數(shù)據(jù)x(n) M") = Lr(ルん+ O…=OJ…上—I,其中，η為回波信號(hào)樣本數(shù)據(jù)序列號(hào)，i為X(η)中 /=Ok單數(shù)據(jù)的序列號(hào)，r為采樣序列，N為原始采樣信號(hào)數(shù)據(jù)的數(shù)量； 步驟6、設(shè)定發(fā)送信號(hào)樣本數(shù)據(jù)T(n')均取值為l，T(n' )=1,//-0,1| —1，其中，n'為發(fā)送信號(hào)樣本數(shù)據(jù)序列號(hào)，i'為T(n)中單數(shù)據(jù)的序列號(hào)，M為原始發(fā)送信號(hào)數(shù)據(jù)的數(shù)量； 步驟7、采用遞歸的方法，計(jì)算發(fā)送信號(hào)樣本數(shù)據(jù)Τ(η,)的包絡(luò)及回波信號(hào)樣本數(shù)據(jù)X(η)的包絡(luò)之間的互相關(guān)函數(shù)Cr (m) .(ο)=^Α,( )⑴= (ο>-4。)+翻 Cr(m) = C1 (m—l)-X(m—l)+X{M'+w-l)Cr(N-M)= .(2ν-Af-1)-傘-Μ-1)+傘-1)m=0, 1，· · · ·，N' -M',N' =N/k，M' =M/k, 其中，m為互相關(guān)函數(shù)Cr(m)的序號(hào)，N'為回波信號(hào)樣本數(shù)據(jù)X(n)的數(shù)量，M'為發(fā)送信號(hào)樣本數(shù)據(jù)T (η')的數(shù)量； 步驟8、計(jì)算互相關(guān)函數(shù)& (m)的峰值max_Cr所對(duì)應(yīng)的序列位移量L',繼而確定回波時(shí)間 t，t=(L' -M1 ) XTsXk0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波回波時(shí)間的檢測(cè)方法，通過確定信號(hào)數(shù)據(jù)處理的壓縮比率k，繼而將原始采樣信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮預(yù)處理，采取遞歸算法快速獲取互相關(guān)函數(shù)Cr(m)，能滿足回波時(shí)間的測(cè)量精度，并顯著降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的需要量和數(shù)據(jù)的處理量。本發(fā)明解決了在目前采用互相關(guān)函數(shù)算法的超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，對(duì)處理器的存儲(chǔ)器容量和處理速度要求甚高的問題。
文檔編號(hào)G01S15/08GK102707288SQ20121019444
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者王宏江, 郭會(huì)軍 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)