用于窄带测距系统的方法和装置制造方法及图纸

在描述的示例中，方法和装置使用基于窄带发射信号的粗略和精细延迟估计来确定到目标的距离。示例装置包括：换能器，其用于接收参考信号和反射信号，反射信号是被目标反射后的参考信号；滤波器(200a、200b)，其通过对(A)与参考信号相关联的参考信号样本和(B)与反射信号相关联的反射信号样本进行滤波来产生带通参考信号(212)和带通反射信号(210)；相关器(204)，其通过将参考信号样本与反射信号样本相关产生第一相关性(214)，并通过将带通参考信号(212)与带通反射信号(210)相关产生第二相关性(216)；延迟估计器(206)，其基于第一相关性(粗略延迟)(214)和第二相关性(精细延迟)(216)确定到目标的距离并输出包括到目标的距离的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于窄带测距系统的方法和装置
本公开总体涉及测距系统，并且更具体地涉及用于使用粗略和精细延迟估计的窄带测距系统的方法和装置。
技术介绍
测距系统(例如，RADAR、LIDAR、SONAR等)通过在目标处发射信号(例如，无线电信号、光信号、声信号等)来确定到目标的距离。发射信号从目标反射回到测距系统。测距系统将接收信号与发射信号进行比较，以确定何时接收到反射信号。这种测距系统基于发射信号时与接收反射信号时之间的时间量来测量到目标的距离。
技术实现思路
所描述的示例使用基于窄带发射信号的粗略和精细延迟估计来确定到目标的距离。示例方法包括用于接收参考信号和反射信号的换能器，反射信号是被目标反射之后的参考信号。这种装置还包括滤波器，以用于通过对(A)与参考信号相关联的参考信号样本和(B)与反射信号相关联的反射信号样本来产生带通参考信号和带通反射信号。这种装置还包括相关器，以用于通过将带通参考信号与带通反射信号相关来产生第一相关性，并通过将参考信号样本与反射信号样本相关来产生第二相关性。这种装置还包括延迟估计器，以用于基于第一相关性和第二相关性确定到目标的距离，并输出包括到目标的距离的信号。附图说明图1是确定到示例目标的距离的示例测距系统的图示。图2是图1的示例距离估计器的框图。图3是表示可以被执行以实现图2的示例距离估计器从而确定到图1的示例目标的距离的示例机器可读指令的流程图。图5示出了由图1的示例发射换能器发射的示例参考信号的曲线图。图6示出了图2的示例窗口化反射信号和示例窗口化参考信号的曲线图。图7示出了图2的示例带通反射信号和示例带通参考信号的曲线图。图8A和图8B是示出图2的示例相关性的曲线图。图9是被构造为执行图4的示例机器可读指令以控制图1和图2的示例距离估计器的处理器平台的框图。具体实施方式附图未按比例绘制。只要有可能，在整个附图和附带的文字描述中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。用于确定到各种物体的距离的测距系统随着机器人技术、汽车技术等的进步而变得越来越流行。测距系统通过将信号发射到物体(例如，目标)来确定距离。发射的信号从物体反射并返回测距系统。测距系统确定何时已经接收到反射信号，并基于发射信号时与接收反射信号时之间的持续时间确定目标的距离。示例测距系统包括无线电检测和测距(RADAR)系统、光检测和测距(LIDAR)系统、声检测和测距(SONAR)系统。测距系统可以用于帮助机器人与物体交互、运输到各个位置等。此外，测距系统可以用在汽车中以提供安全特征和自动驾驶系统。来自这种测距系统的距离估计需要高准确度和高精度才能正常运行。随着测距系统变得越来越流行，非常需要测距系统的低成本、低复杂、节省功率的实施方式。通过发射信号以从目标反射并返回到测距系统来实现测距系统。这种测距系统基于信号到达目标、从目标反射并返回到测距系统所花费的时间量(例如，反射信号的渡越时间)来计算到目标的距离。实现测距系统的一种常规技术包括对反射信号进行低通滤波并将反射的低通滤波信号转换为低通滤波的反射样本。将低通滤波的反射样本与低通滤波的发射信号样本(例如，对应于从目标反射之前的信号)进行比较(例如，相关联)，以基于相关的峰值强度值(例如，最高强度值)确定反射信号样本何时与发射信号样本匹配。峰值对应于识别发射信号在被目标反射并返回到测距系统(例如，反射信号)之后的渡越时间的时间样本。反射信号的渡越时间对应于目标的距离。然而，将低通滤波的参考信号与低通滤波的反射信号相关以确定目标的距离是准确的(例如，具有低模糊性)但不精确。因为反射信号受到噪声的影响，所以低通滤波的反射信号样本和低通滤波的反射信号样本的相关性可能包括影响距离估计(例如，降低其准确度)的尖峰。实现测距系统的另一种常规技术包括对接收的反射信号进行带通滤波，并将接收的反射带通滤波信号转换为带通滤波的反射样本。将带通滤波的反射样本与带通滤波的发射参考信号样本进行比较(例如，相关)，以基于相关性的峰值强度值确定接收的反射信号样本何时与发射参考信号样本匹配。峰值对应于识别反射信号的渡越时间的时间样本。反射信号的渡越时间对应于目标的距离。然而，将带通滤波的参考信号与带通滤波的反射信号相关以确定目标的距离是精确的但不准确。当两个带通滤波信号相关时，相关性包括主峰值外的多个局部峰值。最靠近主峰值的局部峰值在本文中称为旁瓣，并且主峰值(例如，相关性的最高强度值)在本文中称为峰值。因为反射信号受到噪声的影响，所以带通滤波的反射信号样本和带通滤波的参考信号样本的相关性可能包括旁瓣上的尖峰，从而导致旁瓣的强度值增加高于主峰值到强度值。由于噪声而意外地将旁瓣识别为主峰值在本文中称为周跳(cycleslip)。这种常规技术具有周跳的高可能性，导致不准确的距离估计。本文描述的示例提供了具有低通相关性的准确度和带通相关性的精度的测距系统。本文描述的示例包括(A)在低通滤波的参考信号样本与低通滤波的反射信号样本之间应用粗略相关性以确定粗略(例如，准确但不精确)的时间延迟估计，(B)在带通滤波的参考信号样本与带通滤波的反射信号样本之间应用精细相关性以确定精细(例如，精确但不准确)的时间延迟估计，以及(C)基于将粗略时间延迟估计和精细时间延迟估计相结合来确定到目标的距离。使用本文描述的示例，优化了准确度和精度两者，并且大大减少了周跳的可能性。本文描述的示例将测距误差标准偏差减小18％。因此，本文描述的示例允许测距系统将信号发射功率降低大约20％而不影响测距误差标准偏差。在一些示例中，低通窄带参考信号和低通窄带反射信号在应用粗略相关性之前被窗口化以减小峰值与旁瓣的比率并降低与估计到目标的距离相关联的模糊性(例如，增加准确度并降低周跳的可能性)。对低通信号窗口化降低了低通信号的粗略相关性的旁瓣，代价是进一步降低了粗略相关性的精度。然而，因为粗略相关性仅用于确定粗略时间延迟并且基于粗略时间延迟使用精细相关性来确定优化时间延迟，所以可以使用窗口化来进一步提高距离估计的准确度。如本文所使用的，“参考信号”被定义为在由接收器换能器接收之后由发射换能器发射的信号，并且“反射信号”被定义为在被物体反射并由接收器换能器接收之后的发射信号。尽管参考信号和反射信号基于相同的发射信号，但是在发射时测量参考信号并且在反射和返回之后测量反射信号。因此，反射信号必须行进更远的距离并且可能受到额外的噪声影响并且可能以不同的相位振荡和/或可能具有与参考信号不同的幅度。如本文所使用的，时间延迟在本文中被定义为反射信号的渡越时间。如本文所使用的，低通滤波信号可与低通信号互换使用，并且带通滤波信号可与带通信号互换使用。图1的图示示出了用于确定到示例目标102的距离的示例测距系统100。示例测距系统100包括示例发射信号发生器104、示例发射换能器106、示例发射信号107、示例接收器参考信号换能器108、示例反射信号109、示例接收器反射信号换能器110、示例参考信号路径模拟前端设备(AFE)112、示例反射信号路径AFE114和示例距离估计器116。图1的示例测距系统100是将信号发射到示例目标102并接收反射信号109(例如，从示例目标102反射的发射信号107)以确定示例目标102的距离的系统。示例测距系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：接收参考信号和反射信号，所述反射信号为被目标反射后的所述参考信号；通过对(A)与所述参考信号相关联的参考信号样本和(B)与所述反射信号相关联的反射信号样本进行滤波，产生带通参考信号和带通反射信号；通过使所述参考信号样本与所述反射信号样本相关来产生第一相关性，并通过将所述带通参考信号与所述带通反射信号相关来产生第二相关性；基于所述第一相关性和所述第二相关性确定到所述目标的距离；以及输出包括到所述目标的所述距离的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.13 US 15/208,9481.一种方法，其包括：接收参考信号和反射信号，所述反射信号为被目标反射后的所述参考信号；通过对(A)与所述参考信号相关联的参考信号样本和(B)与所述反射信号相关联的反射信号样本进行滤波，产生带通参考信号和带通反射信号；通过使所述参考信号样本与所述反射信号样本相关来产生第一相关性，并通过将所述带通参考信号与所述带通反射信号相关来产生第二相关性；基于所述第一相关性和所述第二相关性确定到所述目标的距离；以及输出包括到所述目标的所述距离的信号。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定所述第一相关性的第一峰值的第一时间样本；以及基于所述第一时间样本确定所述第二相关性的第二峰值的第二时间样本。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二相关性包括多个峰值，所述第二峰值是所述多个峰值中最接近所述第一峰值的所述第一时间样本的峰值。4.根据权利要求3所述的方法，其中确定到所述目标的所述距离基于所述第二时间样本，所述第二时间样本与所述距离相关。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一相关性是粗略相关性，并且所述第二相关性是精细相关性。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述粗略相关性对应于高准确度低精度距离估计，并且所述精细相关性对应于低准确度高精度距离估计。7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一相关性之前对所述参考信号和所述反射信号进行低通滤波。8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二相关性之前对所述参考信号和所述反射信号进行低通滤波，并且然后进行高通滤波。9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一相关性之前对所述参考信号样本和所述反射信号样本进行窗口化，以增加与所述距离的确定相关联的准确度。10.根据权利要求1所述的方法，其中：所述参考信号是窄带信号；以及所述窄带信号的滤波使所述窄带信号的信噪比最大化。11.一种装置，其包括：换能器，其用于接收参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·C·沃克，D·P·麦吉，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US