一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法及其探测器技术

本发明专利技术公开了一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法及其探测器，主要解决现有超声波在环境噪声较大的应用场景，超声波信号容易被环境噪声淹没，灵敏度不高，探测距离有限，难以实现多个超声波同时工作，降低了工作效率的问题。该一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法先根据超声波探测器的ID进行编码后将编码调制到激励信号后发射出去；然后信号碰到障碍物返回被超声波探测器接收；然后计算发射信号和返回信号之间的相关系数ρ；最后相关系数ρ的最大时刻和步骤S1中发射信号的时间差，根据超声波传播的速度计算出障碍物的距离后输出。通过上述方案，本发明专利技术达到了灵敏度高、增加探测距离、能实现多个超声波同时工作的目的。能实现多个超声波同时工作的目的。能实现多个超声波同时工作的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法及其探测器


[0001]本专利技术涉及超声波探测
，具体地说，是涉及一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法及其探测器。

技术介绍

[0002]超声波探测器是利用人耳听不到的超声波作为探测手段进行探测的仪器；其利用超声波发射，通过被测物体的反射、回波接收后的时差来测量被测距离的，是一种非接触式测量仪器；超声波探测器主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，也可用于低空无人机飞行高度控制，机器人导航与避障等应用场景；超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，也是作为液体高度测量的理想手段。
[0003]现有超声波探测设备通过发射单个超声波脉冲来识别障碍物，如果多个超声波探测器同时工作相互间将产生干扰；为了避免超声波探测器之间的干扰，多个超声波探测器在同一地点工作只能采用分时工作的方式；故现有超声波在环境噪声较大的应用场景，超声波信号容易被环境噪声淹没，灵敏度不高，探测距离有限，难以实现多个超声波同时工作，降低了工作效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法及其探测器，以解决现有超声波在环境噪声较大的应用场景，超声波信号容易被环境噪声淹没，灵敏度不高，探测距离有限，难以实现多个超声波同时工作，降低了工作效率的问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法，对应实施所述超声波探测方法的超声波探测器，该超声波探测方法包括以下步骤：
[0007]S1、根据超声波探测器的ID进行编码后将编码调制到激励信号后发射出去；
[0008]S2、步骤S1的信号碰到障碍物返回被超声波探测器接收；
[0009]S3、计算步骤S1中发射信号和步骤S2返回信号之间的相关系数ρ；
[0010]S4、计算步骤S3中相关系数ρ的最大时刻和步骤S1中发射信号的时间差，根据超声波传播的速度计算出障碍物的距离后输出。
[0011]超声波测距的原理是利用超声波在介质中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离，其测距原理与雷达原理是一样的；本专利技术采用脉冲编发的方式发射和接收超声波信号，发射信号前通过调制脉冲幅度将编码信号加载到激励信号上；碰到障碍物返回的信号与发出的信号之间时间差，从而计算出超声波飞行时间，进而得到障碍物距离。
[0012]相关系数ρ在某个时间到达最大值，代表该时刻接收到的发射信号最强烈，根据相关系ρ数值最大时刻和发射超声波的时间差可以计算出障碍物的距离；如果有其他超声波
探测器发射的超声波被接收到，由于编码数据不同，其计算出的相关系数值较小，不会被认为是本探测器发出的信号；同理噪声信号是随机信号，其信号被收端接收后计算出的相关系数值同样较小，不会被认为是超声波探测器发出的信号，故本专利技术可以消除噪声干扰，提高探测器的灵敏度，增加探测距离；因每个超声波探测器的编码不一样，其发出和接收的信号均不一样，仅能被对应的超声波探测器识别，故实现多个超声波探测器同时工作，提高了探测效率。
[0013]进一步的，步骤S1中编码从数字信号转换为模拟信号后，再将其调制到激励信号中。
[0014]进一步的，步骤S3中返回信号为步骤S2中超声波探测器接收的信号通过滤波和放大后，从模拟信号转化为数字信号后的信号；对接收的信号进行滤波和放大，减少噪音的干扰，提高探测器的灵敏度。
[0015]进一步的，步骤S3的具体过程如下：
[0016]定义：步骤S1中发射出去信号的幅度编码信号为序列A＝{a1，a2，a3，...，a
n
}，长度为n；返回信号截取为长度为n的序列B＝{b1，b2，b3，...，b
n
}，序列B随着时间变化；
[0017]序列A的数学期望E(A)和序列B的数学期望E(B)的计算式分别如下：
[0018](n为从1开始的自然数，i为从1开始的自然数)；
[0019](n为从1开始的自然数，i为从1开始的自然数)；
[0020]发端序列A的方差D(A)与收端序列B的方差D(B)；
[0021](n为从1开始的自然数，i为从1开始的自然数)；
[0022](n为从1开始的自然数，i为从1开始的自然数)；
[0023]发端序列A和收端序列B的协方差Cov(A，B)
[0024](n为从1开始的自然数，i为从1开始的自然数)；
[0025]序列A和收端序列B的相关系数；
[0026][0027]一种基于脉冲幅度编码的超声波探测器用于一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法，所述超声波探测器包括处理器和数模转换器，处理器的信号输出端与数模转换器的信号输入端连接；数模转换器的信号输出端连接有超声波发生器，超声波发生器的驱动端依次连接有超声波发射换能器、超声波接收换能器、滤波整流器、放大器、模数转换器；模数转换器的数字信号输出端与处理器的数字信号输入端连接；其也可为其它超声波探测器。
[0028]进一步的，处理器为MCU单元或FPGA。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030](1)本专利技术采用脉冲编发的方式发射和接收超声波信号，发射信号前通过调制脉冲幅度将编码信号加载到激励信号上，因每个超声波探测器的编码不一样，其发出和接收的信号均不一样，仅能被对应的超声波探测器识别，故实现多个超声波探测器同时工作，提高了探测效率。
[0031](2)本专利技术中发射信号和返回信号的相关系数ρ在某个时间到达最大值，代表该时刻接收到的发射信号最强烈，根据相关系ρ数值最大时刻和发射超声波的时间差可以计算出障碍物的距离；如果有其他超声波探测器发射的超声波被接收到，由于编码数据不同，其计算出的相关系数值较小，不会被认为是本探测器发出的信号；同理噪声信号是随机信号，其信号被收端接收后计算出的相关系数值同样较小，不会被认为是超声波探测器发出的信号，故本专利技术可以消除噪声干扰，提高探测器的灵敏度，增加探测距离。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
[0033]图1为超声波探测方法的流程图。
[0034]图2为根据4个字节的ID号生成超声波激励信号示意图。
[0035]图3为相关系数ρ的值随时间关系变化的示意图。
[0036]图4为实施例2中超声波探测器的结构框图。
[0037]图5为实施例3中超声波探测器的结构框图。
[0038]图6为实施例3中实现超声波探测功能的一种I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法，对应实施所述超声波探测方法的超声波探测器，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据超声波探测器的ID进行编码后将编码调制到激励信号后发射出去；S2、步骤S1的信号碰到障碍物返回被超声波探测器接收；S3、计算步骤S1中发射信号和步骤S2返回信号之间的相关系数ρ；S4、计算步骤S3中相关系数ρ的最大时刻和步骤S1中发射信号的时间差，根据超声波传播的速度计算出障碍物的距离后输出。2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法，其特征在于，步骤S1中编码从数字信号转换为模拟信号后，再将其调制到激励信号中。3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法，其特征在于，步骤S3中返回信号为步骤S2中超声波探测器接收的信号通过滤波和放大后，从模拟信号转化为数字信号后的信号。4.根据权利要求3所述的一种基于脉冲幅度编码的超声波探测方法，其特征在于，步骤S3的具体过程如下：定义：步骤S1中发射出去信号的幅度编码信号为序列A＝{a1，a2，a3，...，a
n
}，长度为n；返回信号截取为长度为n的序列B＝{b1，b2，b3，...，b

【专利技术属性】
技术研发人员：邓维川，
申请(专利权)人：邓维川，
类型：发明
国别省市：