用于低频调制(LFM)啁啾信号的声学距离测量电路和方法技术

本发明专利技术题为“用于低频调制(LFM)啁啾信号的声学距离测量电路和方法”。在一种形式中，一种声学距离测量电路包括频率发生器、发射机放大器、声换能器和感测电路。感测电路包括适于耦接到声换能器以接收输入信号的输入端。感测电路将输入信号的同相部分和正交部分提供给滤波器。感测电路对同相部分和正交部分进行滤波，并响应于滤波的同相部分和正交部分来计算输入信号的相位。感测电路响应于计算相位来确定输入信号的频率斜率，并将输入信号的频率斜率提供给输出端。

【技术实现步骤摘要】
用于低频调制(LFM)啁啾信号的声学距离测量电路和方法
本公开整体涉及电气电路和电子电路，更具体地讲涉及声学距离测量系统。
技术介绍
声学测量系统和距离测量系统在多种应用中均有使用。例如，声学测量系统用于测量从汽车系统到化石发现应用中的障碍物距离。声学测量系统一般通过首先发射声能脉冲来运行，从而产生声波。然后，记录声波飞行时间的测量值。飞行时间，即从声波起始传输直至声波的反射被接收之间的时间，确定了障碍物的距离。利用声学测量系统的汽车应用需要可靠地检测道路测量范围内的障碍物的存在。目前，单调制声学测量传感器在短距离检测范围或长距离检测范围内具有可靠的检测，但不是两者同时。例如，一些声学传感器在最小距离检测中是可靠的，但在最大距离检测中受到限制。类似地，其他声学测量传感器具有可靠的最大距离检测，但是在最小距离检测中受到限制。附图说明通过参照附图可更好地理解本公开，并且本公开的多个特征和优点对于本领域的技术人员为显而易见的，在附图中：图1以框图形式示出了根据一个实施方案的声学距离测量系统；图2以框图形式示出了用于图1的声学距离测量系统的声学距离测量电路；图3以框图形式示出了根据实施方案的可以用于实现图2的感测电路的感测电路；图4示出了描绘当高和低通道有限脉冲响应系数被图3的感测电路的数字滤波器施加时，发射啁啾(chirp)和发射啁啾的接收回波的频谱的曲线图；图5示出了根据实施方案的用于计算由图2的感测电路的控制器接收的输入信号的频移的时序图；图6示出了显示与图3的感测电路相关联的发射通道高和接收通道高的处理输出的曲线图；和图7示出了显示与图3的感测电路相关联的发射通道高和接收通道低的处理输出的曲线图。在不同附图中使用相同的参考符号来指示相同或类似的元件。除非另有说明，否则字词“耦接”以及其相关联的动词形式包括直接连接以及通过本领域已知的方式的间接电连接两者；并且除非另有说明，否则对直接连接的任一描述也暗示使用合适形式的间接电连接的替代实施方案。具体实施方式为使图示清晰简明，图中的元件未必按比例绘制，它们仅仅是示意性的而非限制性的。此外，为使描述简明，省略了熟知步骤和元件的描述和细节。本领域的技术人员应当理解，本文所用的与电路操作相关的短语“在…期间”和“在…同时”并不确切地指称某个动作在引发动作后立即发生，而是指在初始动作所引发的反应之间可能存在一些较小但合理的延迟，诸如传播延迟。另外，短语“在…同时”是指某个动作至少在引发动作持续过程中的一段时间内发生。词语“大概”或“基本上”的使用意指元件的值具有预期接近陈述值或位置的参数。然而，如本领域所熟知，可存在妨碍值或位置恰好等于陈述值或位置的微小偏差。图1以框图形式示出了根据一个实施方案的声学距离测量系统100。图1中的声学距离测量系统100包括：车载设备102、控制器104、扬声器164、一组传输线112、一组传感器110、障碍物120、远程距离132和短程距离133。系统控制器诸如控制器104位于车载设备102之上或之中，并向扬声器164提供对应于声音输出的电气信号。车载设备102可通信地连接到控制器104。控制器104具有用于连接到一个或多个声换能器(诸如传感器110a-d)的输出端。控制器104具有还连接到传感器110a-d中的每一个的输入端。另外，控制器104具有用于向扬声器164提供输出信号的输出端。在一个实施方案中，传感器110a-d是超声波传感器，其发出超声波脉冲或如本文所述的声学信号，当障碍物118和/或120在声学信号的波场中时该超声波脉冲或声学信号反射离开障碍物118和/或120。声学信号一般以可听声以上频率发出。反射的脉冲信号(回波)或随机噪声由传感器110a-d中的一个或多个接收。回波的检测生成供控制器104使用的输出信号。传感器110a-d中的每一个能够产生声学信号，并且当遭遇障碍物118和/或120时感测反射的脉冲信号或回波。在图示实施方案中，控制器104用作声学距离测量系统100的控制器，在第一时间生成用于传感器110a-d的声学信号。当发射的声学信号遭遇障碍物时，传感器110a-d对接收回波信号较为敏感。接收的回波信号用于识别远程距离132和短程距离133内的障碍物118和/或120。控制器104经由传输线112向传感器110a-d发射信号，而传感器110a-d响应地输出声学信号。每个传感器110a-d生成的声学信号远离相应的传感器110a-d行进并且通过空气传播。当控制器104停止发射声学信号时，控制器104监测传感器110a-d的回波信号，该信号可以通过打断传播中的声学信号引起。当检测到障碍物118和/或120时，在传感器110a-d中的一个或多个处接收回波。接收的回波信号由相应的传感器110a-d处理，以确定接收的回波信号是否近似等于发射的声学信号的频率斜率。如果声学信号的频率斜率不近似等于接收的回波信号，则物体不存在。响应于接收的回波信号的频率斜率近似等于发射的声学信号的频率斜率，检测到物体的存在。接收的回波信号的频率斜率经由传输线112传输到控制器104。当物体靠近与远程距离132和/或短程距离133相关联的检测区域时，控制器104报告相对于最靠近相应传感器110a-d的障碍物118和/或120的表面检测到障碍物118和/或120。针对距离、形状、高度和模糊尺寸存在变化的障碍物而言，可靠检测是必须的。另外，期望存在的特性为：避免在严重噪声条件期间由于阈值变化而造成障碍物检测误报。如下文中进一步描述的，声学距离测量系统100弥补了这些问题。图2以框图形式示出了根据一个实施方案的用于图1的声学距离测量系统的声学距离测量电路200。声学距离测量电路200包括控制器104和传感器202。传感器202可以是例如图1的一组传感器110中的一个传感器。传感器202包括频率发生器208、发射机放大器212、声换能器214和感测电路220。控制器104具有连接到频率发生器208的用于提供控制信号的输出端，以及用于接收频率斜率信号以通过下面将描述的方式确定物体的存在的输入端。频率发生器208具有用于接收控制信号的输入端，以及连接到发射机放大器212的输出端。发射机放大器212具有用于从频率发生器208接收电气信号的输入端，以及连接到声换能器214用于提供放大的电气信号的输出端。声换能器214具有连接到发射机放大器212的输出端的输入端和输出端。声换能器214在空气中振动以产生声波，并响应于引起传感器振动的环境声波在输出端产生电气信号。声换能器214可以是例如压电传感器。感测电路220具有连接到声换能器214的输出端的输入端，以及用于在信号功率高于阈值时响应于接收信号的频率斜率而提供频率斜率信号(否则为空值)的输出端。控制器104具有用于接收频率斜率信号的输入端。控制器104是例如操作图1的声学距离测量系统的控制系统。在操作中，控制器104向频率发生器208提供控制信号。频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声学距离测量电路，包括：/n频率发生器，所述频率发生器具有用于提供啁啾信号的输出端；/n发射机放大器，所述发射机放大器具有耦接到所述频率发生器的所述输出端的输入端，以及适于耦接到声换能器的输出端；/n感测电路，所述感测电路具有适于耦接到所述声换能器的输入端，用于接收输入信号并提供所述输入信号的同相部分和正交部分，对所述同相部分和所述正交部分进行滤波，响应于滤波的同相部分和正交部分计算所述输入信号的相位，以及响应于所述相位确定所述输入信号的频率斜率；和/n控制器，所述控制器耦接到具有用于接收所述啁啾信号的输入端的所述感测电路，所述控制器将所述输入信号的所述频率斜率与啁啾信号频率斜率进行比较，并且如果所述输入信号的所述频率斜率近似等于所述啁啾信号频率斜率而检测到物体。/n

【技术特征摘要】
20181219 US 62/782,135;20190409 US 16/378,7221.一种声学距离测量电路，包括：
频率发生器，所述频率发生器具有用于提供啁啾信号的输出端；
发射机放大器，所述发射机放大器具有耦接到所述频率发生器的所述输出端的输入端，以及适于耦接到声换能器的输出端；
感测电路，所述感测电路具有适于耦接到所述声换能器的输入端，用于接收输入信号并提供所述输入信号的同相部分和正交部分，对所述同相部分和所述正交部分进行滤波，响应于滤波的同相部分和正交部分计算所述输入信号的相位，以及响应于所述相位确定所述输入信号的频率斜率；和
控制器，所述控制器耦接到具有用于接收所述啁啾信号的输入端的所述感测电路，所述控制器将所述输入信号的所述频率斜率与啁啾信号频率斜率进行比较，并且如果所述输入信号的所述频率斜率近似等于所述啁啾信号频率斜率而检测到物体。


2.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路仅在所述输入信号的幅值大于阈值时提供所述输入信号。


3.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述控制器基于所述输入信号的所述频率斜率和外推的啁啾信号频率斜率的频移来确定物体距离。


4.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路包括：
同相和正交I/Q数字混频器，所述I/Q数字混频器具有耦接到所述声换能器的所述输出端的第一输入端、用于接收混频信号的第二输入端、以及用于提供所述啁啾信号的同相部分和所述啁啾信号的正交部分的输出端；和
数字滤波器，所述数字滤波器具有耦接到所述I/Q数字混频器的所述输出端的输入端、用于接收有限脉冲响应FIR滤波器系数的输入端、用于提供所述输入信号的所述滤波的同相部分的第一输出端、以及用于提供所述输入信号的所述滤波的正交部分的第二输出端。


5.根据权利要求4所述的声学距离测量电路，其中：
所述频率发生器选择性地生成低通道啁啾信号和高通道啁啾信号中的一者作为所述啁啾信号；并且
所述数字滤波器还：
在检测到来自低通道啁啾的回波信号时施加预定数量的低通道FIR滤波器系数；以及
在检测到来自高通道啁啾的回波信号时施加预定数量的高通道FIR滤波器系数。


6.根据权利要求4所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路还包括：
相位求导电路，所述相位求导电路具有耦接到所述数字滤波器的所述输出端的输入端和用于提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·赫斯塔瓦，T·萨奇，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US