[发明专利]确定物体表面上碰撞位置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于碰撞产生的声信号的分析来确定物体表面上碰撞位置的方法。

背景技术

根据WO2006/108443已知这种方法，WO2006/108443公开了一种确定包括N个换能器的表面上的碰撞位置的方法，将感测信号S_i(t)传输给处理单元，其中所述方法包括以下步骤：a)计算所述N个不同换能器的感测信号的傅里叶变换的P个互相关结果(inter-correlationproducts)；b)计算P个互相关结果的傅里叶逆变换p’_ij(u)；c)针对所述物体表面的每一个区域k计算P_k(u)＝∑p′_ij(u-τ_ijk)；以及d)找到区域k₀，其中，在所有区域k的特征值P_k(u)中，区域k₀的特征值P_k0(u)最大。这里，τ_ijk对应于由每一个区域k的两个不同换能器感测的信号的到达时间差。

因此，定位方法基于在发生碰撞位置处交叉相关函数(cross-correlation function)和的显著峰的存在。然而在特定情况下，由于物体的较宽区域中的声信号反射或者物体中的其他不连续性(例如螺旋、裂缝或孔洞)而引起的假性贡献使得碰撞位置的确定出错。

已经提出了通过在预定时间间隔之后切断信号或者通过使用低通滤波器来解决这一问题。然而，所提出的方案获得的结果并不令人满意。在接收到的没有经过反射的感测信号与反射后的感测信号之间不可能清楚分离的情况下(例如这可能发生在由于材料性质导致信号分散的情况下)，所述切断导致修正的信号，由此也限制了碰撞的定位精确度。

发明内容

因此，本发明的目的是提出了一种考虑到假性贡献(例如物体边界处反射的贡献)来更好地处理感测信号的方法。

利用根据权利要求1所述的方法实现了该目的。通过对声信号进行加权，可以保持所述信号的完整信息，同时，相对于由物体边界处的反射引起的贡献(典型地随后到达)，放大从碰撞位置直接接收的感测信号的贡献。因此，碰撞位置的确定变得更加可靠和精确。在上下文中，应该理解，所处理的声信号不必须是由换能器立即感测的信号，而可以是已经过例如模拟数字变换处理的信号。

优选地，在时域执行加权，由此在识别碰撞位置方面实现最佳的结果。

根据优选实施例，信号处理步骤可以包括：识别声信号的第一波前的步骤；以及应用阻尼窗的步骤。碰撞之后声信号在物体上展开，并且由特定数量的变换装置(例如换能器)来感测所述声信号。因为由于几何原因，只有在声信号的第一波前已经到达正讨论的换能器之后，才能感测信号的第一反射贡献，所以第一波前的识别是鲁棒参数，以识别信号的一部分，该部分应该具有比感测信号的其余部分的加权因子高的加权因子，并且应该被应用阻尼窗的步骤所考虑。在上下文中，术语“第一波前”意味着在没有因反射而造成假性贡献的情况下到达变换装置的信号部分。

优选地，识别第一波前的步骤可以包括识别最大信号幅度。所述最大信号幅度是易于检测的参数，因此不要求很大的计算能力，同时是用于找出声信号开始的鲁棒的起始参数。感测声信号的备选参数可以是信号的功率、最大峰到峰幅度或者信号的能量，而不是最大幅度。在识别信号幅度之前，可以执行信号整流和平滑的另外步骤以促进数据分析。

根据有利的实施例，识别第一波前的步骤还包括：将第一波前的到达确定为当声信号超过基于最大信号幅度的阈值时的时间。例如，可以将声信号的第一波前的到达归结于达到最大幅度的特定百分比的时间。

优选地，应用阻尼窗的步骤可以包括使用声信号与以下指数阻尼窗的相乘：

其中t_i与第一波前的到达时间相对应，Δt是时间延迟，以及T是指数时间常数。

这看来针对这种指数阻尼窗在数据分析中达到最佳结果，其中项Δt(Δt＞0)是将阻尼窗的起始优选地移动至较早时间以优化结果的时间延迟。根据应用，Δt可以是固定值或自适应的，例如根据装置的初值而自适应。

有利地，可以由至少两个变换装置感测所述声信号，并且其中针对一个变换装置，具体地只针对一个变换装置，来识别第一波前，使得对所有的变换装置应用阻尼窗的相同时间原点。由此，可以保持计算量较低。使用第一感测信号的第一波前获得最佳结果。在上下文中，通过对N个信道的信号幅度使用固定阈值来识别第一感测信号。