用于飞行时间估计的方法和设备技术

一种用于提供超声信号与超声回波信号之间的飞行时间的估计的方法，超声信号由设备发射，超声回波信号由被超声信号击中的目标对象返回并且在设备处被接收。该方法包括：获取超声回波信号从而获得电回波信号；确定电回波信号的噪声功率；确定指示电回波信号的包络的包络信号；基于至少一个操作参数确定包络信号的一部分，该至少一个操作参数根据粒子群优化确定；根据无迹卡尔曼滤波器处理包络信号的该部分和电回波信号的噪声功率以获得包络信号的估计，其中包络信号的估计是从包络信号的该部分重新生成的包络信号的重新生成版本，该处理基于根据粒子群优化确定的至少一个无迹卡尔曼滤波器参数；以及根据包络信号的估计提供飞行时间的估计。行时间的估计。行时间的估计。

【技术实现步骤摘要】
用于飞行时间估计的方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年10月21日提交的意大利专利申请No.102020000024874的优先权，该申请通过引用并入此文。


[0003]本专利技术涉及一种用于超声飞行时间(TOF)估计的设备(下文中称为TOF设备)以及由该TOF设备实现的对应方法。

技术介绍

[0004]根据超声TOF估计原理，超声信号(下文中称为超声源信号)由TOF设备生成并且向目标体发射，通过击中目标体的超声源信号的反射而源自于目标体的对应的超声信号(下文中称为超声回波信号)在TOF设备处被接收，并且TOF估计被确定为从超声源信号的发射到超声回波信号的接收所经过的时间。
[0005]在典型应用中，例如，在用于障碍物检测的应用中，TOF设备可以被配置为例如基于TOF估计来确定指示TOF设备与目标体之间的距离的距离估计。
[0006]TOF设备的输出可以是距离估计，和/或距离估计可以是基于距离估计的附加信息(诸如，位移信息、水平信息、材料信息、结构信息、振动信息和医疗诊断信息)的一部分。
[0007]根据已知实现，TOF估计基于卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器是一种算法，在给定一组测量量的情况下，该算法通过递归处理来生成期望量的最佳估计。
[0008]扩展卡尔曼滤波器也是已知的，其适用于非线性系统。基本上，扩展卡尔曼滤波器通过雅可比计算来提供非线性系统的线性化。
[0009]无迹卡尔曼滤波器也是已知的，其也适用于非线性系统。基本上，无迹卡尔曼滤波器提供误差的概率分布的线性化。
[0010]目前，基于无迹卡尔曼滤波器的TOF估计是优选的。

技术实现思路

[0011]申请人已经理解，基于无迹卡尔曼滤波器的TOF估计具有一些缺点。
[0012]例如，申请人已经理解，无迹卡尔曼滤波器的性能与大量参数(包括与超声回波信号的获取相关联的参数和无迹卡尔曼滤波器的参数)的有效校准密切相关。
[0013]由于需要被校准的参数众多并且这些参数的校准几乎总是根据设计人员的经验手动完成，因此，无迹卡尔曼滤波器的性能可能经常低于预期。
[0014]此外，申请人还理解，在TOF设备寿命期间，TOF估计也可能受到外部条件(诸如环境条件)的影响。例如，空气温度、湿度、气压、空气湍流、外部噪声的变化可能会严重影响超声信号采集，因此，由于外界条件的变化可能导致参数校准不充分。
[0015]最后但并非最不重要的是，申请人已经理解，当前的TOF估计方法的高计算复杂度不允许在可用微控制器中有效实现。
[0016]申请人已面临上述问题，并且已设计一种用于TOF估计的方法和对应的TOF设备，以允许轻松且动态地调整(即，调节或更新或改进或校准)与所获取的超声回波信号的处理相关联的参数和无迹卡尔曼滤波器的参数。
[0017]例如，本专利技术的一个方面涉及一种方法，该方法用于提供由设备发射的超声信号与由被该超声信号击中的目标对象返回并且在该设备处被接收的超声回波信号之间的飞行时间的估计。该方法可以包括获取该超声回波信号从而获得电回波信号。该方法可以包括确定该电回波信号的噪声功率。该方法可以包括确定指示该电回波信号的包络的包络信号。该方法可以包括基于至少一个操作参数确定该包络信号的一部分，所述至少一个操作参数可以根据粒子群优化确定。该方法可以包括根据无迹卡尔曼滤波器处理该包络信号的该部分和该电回波信号的噪声功率以获取该包络信号的估计；该包络信号的估计可以是从该包络信号的该部分重新生成的包络信号的重新生成版本；所述处理可以例如基于根据粒子群优化确定的至少一个无迹卡尔曼滤波器参数(UKFP
k
)。该方法可以包括根据该包络信号的估计提供飞行时间的估计。
[0018]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，该方法包括确定估计误差。粒子群优化可以基于所述估计误差。
[0019]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，所述确定估计误差包括确定该包络信号的估计与该包络信号之间的差。
[0020]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，该方法包括基于所述飞行时间的估计确定指示该目标对象与该设备之间的距离的距离估计。所述确定估计误差可以包括确定该距离估计与所述距离之间的差。
[0021]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，所述确定包络信号包括对该电回波信号执行希尔伯特变换。
[0022]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，该包络信号的该部分以该包络信号的最大值为中心。
[0023]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，所述处理该包络信号的操作部分包括提供重新生成的包络信号。
[0024]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，所述至少一个操作参数包括以下中的至少一项：
[0025]指示该包络信号的该部分在时间上的最大长度的操作参数，以及
[0026]指示该包络信号的该部分在时间上的优化长度的操作参数，该优化长度小于该最大长度。
[0027]根据一个实施例，其特征是对前述实施例中的任何一个的一个或多个特征的补充或替代，所述至少一个无迹卡尔曼滤波器参数包括以下中的至少一项：
[0028]评估参数，提供飞行时间的粗略估计；
[0029]控制参数，用于控制sigma点围绕平均状态值的扩展；以及
[0030]校正参数，提供对该电回波信号的噪声功率的校正。
[0031]本专利技术的另一方面涉及一种设备，该设备用于提供由所述设备发射的超声信号与由被所述超声信号击中的目标对象返回并且在所述设备处被接收的超声回波信号之间的飞行时间的估计。该设备可以包括用于获取该超声回波信号从而获得电回波信号的调节和
转换系统。该设备可以包括用于确定电回波信号的噪声功率的模块。该设备可以包括用于确定指示该电回波信号的包络的包络信号的模块。该设备可以包括用于基于至少一个操作参数确定该包络信号的一部分的模块；所述至少一个操作参数可以根据粒子群优化来确定。该设备可以包括用于根据无迹卡尔曼滤波器处理该包络信号的该部分和电回波信号的噪声功率以获得该包络信号的估计的模块；该包络信号的估计可以是从该包络信号的该部分重新生成的包络信号的重新生成版本；所述处理可以基于根据粒子群优化确定的至少一个无迹卡尔曼滤波器参数。该设备可以包括用于根据该包络信号的估计提供飞行时间的估计的模块。
[0032]本专利技术的另一方面涉及一种包括这样的设备(或多个这样的设备)的电子系统。
附图说明
[0033]本公开的这些以及其他特征和优点将通过其一些示例性和非限制性实施例的以下描述变得很清楚；为了更好的理解，以下描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提供超声信号与超声回波信号之间的飞行时间的估计的方法，所述超声信号由设备发射，所述超声回波信号从被所述超声信号击中的目标对象返回、并且在所述设备处被接收，所述方法包括：获取所述超声回波信号；基于所述超声回波信号获得电回波信号；确定所述电回波信号的噪声功率；确定指示所述电回波信号的包络的包络信号；基于粒子群优化确定所述包络信号的至少一个操作参数；基于所述至少一个操作参数确定所述包络信号的一部分；根据粒子群优化确定无迹卡尔曼滤波器的至少一个无迹卡尔曼滤波器参数；根据所述无迹卡尔曼滤波器处理所述包络信号的所述部分以及所述电回波信号的所述噪声功率，以获得所述包络信号的估计，所述包络信号的所述估计是基于所述包络信号的所述部分的、所述包络信号的重新生成版本；以及根据所述包络信号的所述估计提供所述飞行时间的所述估计。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定所述包络信号的所述估计与所述包络信号之间的估计误差；基于所述估计误差确定所述粒子群优化。3.根据权利要求2所述的方法，其中确定估计误差包括：确定所述包络信号的所述估计与所述包络信号之间的差。4.根据权利要求2所述的方法，还包括：基于所述飞行时间的所述估计，确定指示所述目标对象与所述设备之间的距离的距离估计，其中确定估计误差包括：确定所述距离估计与所述距离之间的差。5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述包络信号包括：对所述电回波信号执行希尔伯特变换。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述包络信号的所述部分以所述包络信号的最大值为中心。7.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述包络信号的所述部分包括：提供重新生成的包络信号。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个操作参数包括以下至少一项：第一操作参数和第二操作参数，指示所述包络信号的所述部分在时间上的最大长度，或第三操作参数和第四操作参数，指示所述包络信号的所述部分在时间上的优化长度，所述优化长度小于所述最大长度。9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述包络信号的所述部分包括：计算所述包络信号的最大值、以及所述包络信号具有所述最大值的对应的第一时间位置；根据所述第一操作参数和所述第二操作参数以及所述包络信号的所述最大值，分别计算所述包络信号的第一阈值和第二阈值，所述第一阈值和所述第二阈值小于所述包络信号
的所述最大值；以及确定所述包络信号的值等于所述第一阈值的所述包络信号的第二时间位置、以及所述包络信号的值等于所述第二阈值的所述包络信号的第三时间位置，所述第二时间位置小于所述第一时间位置，并且所述第三时间位置大于所述第一时间位置。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述包络信号的所述部分被限定为介于所述第二时间位置与所述第三时间位置之间。11.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述包络信号的所述部分还包括：根据所述第三操作参数和所述第二时间位置计算第四时间位置，并且根据所述第四操作参数和...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：