延时测量制造技术

一种用于测量在第一和第二信号之间的延迟的时间测量系统，该系统包括检测装置，当第一信号以正的斜率穿过预定电平（优选地，实际上不同于平均电平）时，用于检测向上穿过的次数，而当第一信号以负的斜率穿过该预定电平时，用于检测向下穿过的次数。这些事件被传送到接收第二信号的远程设备，该远程设备使用该事件来定义第二信号相应的交错段，从而对所述段求和并在所述的求和中检测预定的特性，所述特性的位置表示第一和第二信号之间的延迟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于确定多个信号之间的相对延时的方法和设备，尤其是宽带声学信号但不排除其它信号。
技术介绍
延时确定的一个显而易见的应用是使在复杂的工程系统中执行的不同处理或者功能同步，尤其是在通信系统中。存在延时确定的许多其它的实际应用；例如，雷达和声纳系统。同样，在某些工业和生物医学应用中，距离是已知的，但是需要与某些现象或者过程相关联的波形的速率，这能够通过确定这种现象或者过程通过已知距离所需的时间来估计。一种确定两个信号x(t)和y(t)之间延时Δt的常规方法是估计标准的互相关函数Rxy(τ)＝(1/T)∫x(t).y(t+τ)dt＝(1/T)∫x(t-τ).y(t)dt其中，对于假设的延时范围τmin＜τ＜τmax，在持续时间为T的观测时间间隔上求出该积分的值。自变量τ的值假定是τ0，它使互相关函数Rxy(τ)最大化的值提供了对未知延时Δt的一个估计。一般来说，互相关的运算包括下面三个步骤1.延迟基准信号x(t)一个τ；2.将已接收信号y(t)的值和被延迟基准x(t)的值相乘；3.求出步骤2中得到的乘积在规定的观测时间间隔T上的积分。一个标准的互相关器系统的框图在图1中被示出。该系统包括可变延迟线100、乘法器102和积分器104。互相关函数曲线的实例在图2中示出，其具有确定延时估计的最大值τ0。WO-A-00/39643公开了一种通过使用在这里被称为“交叉相关(crosslation)”的技术来计算信号之间延时的改进技术。WO-A-00/39643的内容在此引入作为参考。这里所用的术语“交叉相关”指这样一种技术，通过该技术，在一个信号中发生的预定义(优选地，至少实际上是非周期性的)事件被用来定义第二信号的交错段(staggered segments)，然后组合该交错段的表示。实际上，第一和第二信号可以是同一个信号，在这种情况下，最后得到的组合表示将提供有关该信号统计特性的信息，尤其是在该预定义事件之前或者之后的信号的平均特性。可替换地，第一和第二信号可以是不同的信号(“彼此交叉相关(mutualcrosslation)”)，或者一个信号可能是另一个信号的延迟版本，在这种情况下，该组合的表示将提供有关那些信号之间关系的信息。例如，如果该组合的表示包括一个从与多个预定义事件相关联的组合段中被期望的特性，那么这可能表明其中一个信号对于另一个信号来说，被延迟了一个数量，该数量对应于在该特性表示内的位置。根据WO-A-00/39643，二进制、双极性信号常遭受一个未知的延迟。信号的非延迟版本被查验以确定什么时候该信号的电平以正斜率(向上穿过)穿过零点。这些穿过事件的定时被用于获得该延迟信号相应的段，即具有预定持续时间的段。这些段都被求和，然后，被求和的段的表示被查验以便以奇函数的形式来定位一个特性。在奇函数中心的零点交叉的表示范围内的位置代表了信号被延迟的量。代替使用向上穿过，该信号的非延迟版本将被查验以确定什么时候该信号电平以负斜率(向下穿过)穿过零点。WO-A-00/39643也提出了通过使用向上穿过和向下穿过两者来提高精确度。在这种情况下，从通过向上穿过定义的段中减去通过向下穿过定义的段以获得然后将被查验的奇函数。WO-A-00/39643的交叉相关技术尤其适合于使用诸如雷达或者有源声纳这样的有源传感器的目标跟踪，其中，感兴趣的监视区域被询问能量波照射，以便获得目标反向散射的返回波。在这种情况下，合适的(例如，二进制)信号能够被选择用于调制已发射的信号。然而，该技术在涉及无源传感器的应用中不太有利，该无源传感器仅捕获目标产生的信号(或者来自分离源的受目标影响的信号)，例如通过使用由此产生的宽带声学信号来检测、定位和跟踪人、轮式或者轨式交通工具、高速游艇或者振动机器等移动的系统。同样还希望提供这样一种系统，该系统产生比起通过WO-A-00/39643的系统产生的奇函数来说更适合于某些应用的一个输出(例如，主要打算用于目标检测，而不是用于跟踪已检测目标的应用)。目标产生的声学信号被分类为宽带信号，因为它们最高频率成分到最低频率成分的比值相对较大。例如，对于30Hz到15kHz的音频范围来说，比值是500。在轮式或者轨式交通工具的情况中，主要频率成分的范围可以从大约20Hz到2kHz，从而导致比值是100。感兴趣目标所发射的声学信号不但覆盖了宽的频率范围，而且它们也将显现出一种非平稳的和无序的特性，该特性具有可识别的间歇瞬变现象。结果，许多已知的互相关技术实际上仅被有限地使用，这些互相关技术明确地或者隐含地基于稳态信号和高斯噪声的假定。此外，大多数的实际实现必须处理离散时间的采样，所以在连续时间框架内执行的优化程序和性能分析不全是可用的。其中期望有用于目标检测和定位的改进技术的特定应用实例是，具有形成‘声学电子篱笆’的分布式声学传感器网络的安全监视。当诸如交通工具这样的感兴趣目标已经被检测并定位时，所估计的目标位置可能被安全摄像机用于瞄准和变焦，以便增强所记录图像的质量。这种系统可以被安装用于工业环境中的监控目的，例如，跟踪运动目标，或者提供对关键性基础设施的改进的连续监视，包括电力网，发电站，油气管道和供水系统。另一种应用是美国海岸警卫队或者沿海地区的监视，其中高速游艇和其它感兴趣的水面舰船能够通过漂浮的浮标网络来检测和定位，这些漂浮的浮标使用声学传感器和提供传感器间通信链路的低功率无线电收发信机。除了上述监视和侦查应用外，也希望改善包括分布式麦克风网络的多媒体应用，分布式麦克风网络能够增强音频信号以便改善清晰度，还能够用于提示摄像机瞄准。因此，希望提供一种用于延时测量的改进技术，例如在包括目标定位和目标跟踪系统的目标检测系统中使用。
技术实现思路
本专利技术的各个方面在所附权利要求中阐明。根据本专利技术的另外一个方面，分析一个信号以确定预定电平的穿过次数从而产生事件数据，例如以事件流的形式，优选地，该预定电平实际上不同于平均信号电平。该数据被用于分割第二信号，而导出的信号段被求和，该导出的信号段对应于第一信号中的向上穿过事件和向下穿过事件。合成的波形实际上显示出单极性形状(与由WO-A-00/39643系统产生的奇函数截然不同)，通过该形状，对应于两个信号之间延迟的时间位置能够被容易地确定。各种技术可能被用于发现该位置，例如定位该形状的重心，或者中值(对应于该形状区域被等分为两个的位置)。在优选实施例中，通过定位合成波形的峰值来找到该位置，该峰值具有对应于两个信号之间延迟的位置以及表示延迟检测可靠性的幅度。为了最佳地操作，两个信号优选地具有宽带、类似噪声的、随机或者无序的特性，而第一信号穿过预定的电平实际上应当至少以非周期的时间间隔出现，优选地，以随机的时间间隔。第一信号可能是在第一位置处接收的由目标产生的信号，而第二信号可能是在第二位置处接收的由目标产生的信号。可替换地，第一信号可能对应于已传输的询问信号，而第二信号可能是询问信号从目标的反射。在任意一种情况中，无线通信链路都可能被用于将事件数据传送到处理第二信号的地点。现在将通过举例的方式并参考附图来描述体现本专利技术的方案。附图说明图1是标准互相关器系统的框图；图2示出了互相关曲线的一个实例；图3(a)和3(b)示出了根据本专利技术的目标检测和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量在第一和第二信号之间的延迟的时间测量系统，该系统包括用于提供事件数据的事件检测装置，当第一信号以正的斜率穿过预定电平时，该事件数据表示向上穿过的次数，而当第一信号以负的斜率穿过所述预定的电平时，该事件数据表示向下穿过的次数，以及延迟确定装置，其可使用该事件数据来定义与所述向上穿过和向下穿过相关联的第二信号的相应交错段，以便对所述段求和并在所述的求和中检测预定的特性，所述特性的位置表示第一和第二信号之间的延迟。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WJ索诺夫斯基，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]