[发明专利]用于超声波测距的系统和方法

说明书

背景技术

超声波是一种对于所关注物体的测程或距离测量有用的技术，并且对于在移动平台上进行环境感测尤为重要。超声波测距涉及从超声波源向所关注物体发射的超声波。超声波从所关注物体反射并传输回到超声波源。由于声音具有相对恒定的速度，因此超声波脉冲从所关注物体反射并返回到超声波源的行进时间与所述源和所述物体之间的距离成正比。因此，通过测量超声波脉冲的行进时间，可以确定距离。

由于测距需要准确识别反射的超声波(或“回波”)，因此背景噪声的存在可能导致对回波的错误识别和有误的测距。对于依靠机械运动——例如，无人飞行器(UAV)上的螺旋桨——来移动的移动平台，背景噪声的问题尤为严峻，这是因为此类机械运动可能产生与回波一起检测到的高频强声。由超声波收发器接收到的最终波形因此可能难以去卷积。用于降噪的现有技术在这样的情况下往往失效。

鉴于前文，需要更稳健地将信号与噪声分离以供用于超声波测距的系统和方法。

发明内容

根据本文所公开的第一方面，阐述了一种适于移动平台的超声波测距的方法，所述方法包括：

通过对所述移动平台的运动估计来识别从物体接收的超声回波；以及

基于所述超声回波来确定所述移动平台与所述物体之间的距离。

在一些实施方式中，所述识别包括在接收到的声波波形上，将所述超声回波区别于噪声。

在一些实施方式中，所述区分超声回波包括在所述接收到的声波波形上，将所述超声回波区别于白噪声。

在一些实施方式中，所述识别包括将所述声波波形分成包络并且识别对应于所述超声回波的包络。

在一些实施方式中，所述识别还包括使用阈值来过滤所述包络。

在一些实施方式中，所述过滤包括根据每个包络的带宽来过滤所述包络。

在一些实施方式中，所述过滤包括根据每个包络的振幅来过滤所述包络。

一些实施方式还包括在所述识别之前：

确定余震波形；以及

从所述接收到的声波波形中减去所述余震波形。

在一些实施方式中，所述确定余震波形包括在减少回波和/或减少噪声的条件下接收超声波波形并且基于所述接收到的超声波波形确定所述余震波形。

在一些实施方式中，所述确定余震波形包括确定所述余震波形相对于对应的超声波发射的定时，并且其中所述减去余震波形包括根据所述定时减去所述余震波形。

在一些实施方式中，所述运动估计包括根据动态模型预测所述移动平台的位置。

在一些实施方式中，所述运动估计还包括根据所述移动平台的所述预测位置识别所述超声回波。

在一些实施方式中，所述动态模型是线性动态模型。

在一些实施方式中，所述动态模型是非线性动态模型。

在一些实施方式中，所述动态模型是定速动态模型。

在一些实施方式中，所述动态模型是平面动态模型。

在一些实施方式中，所述动态模型是非平面动态模型。

根据本文所公开的另一方面，阐述了一种用于超声波测距的设备，包括：

超声波接收器，其用于从物体接收超声回波；以及处理器，其被配置用于：

通过对移动平台的运动估计来识别所述接收到的超声回波；并且

根据所述超声回波来确定所述移动平台与所述物体之间的距离。

在一些实施方式中，所述处理器被配置用于在接收到的声波波形上，将所述超声回波区别于噪声。

在一些实施方式中，所述噪声是白噪声。

在一些实施方式中，所述处理器被配置用于将所述声波波形分成包络并且识别对应于所述超声回波的包络。

在一些实施方式中，所述处理器还被配置用于使用阈值来过滤所述包络。

在一些实施方式中，所述处理器还被配置用于根据每个包络的带宽来过滤所述包络。

在一些实施方式中，所述处理器还被配置用于根据每个包络的振幅来过滤所述包络。

在一些实施方式中，所述处理器还被配置用于在识别所述超声回波之前：

确定余震波形；并且

从所述接收到的声波波形中减去所述余震波形。

在一些实施方式中，通过在减少回波和/或减少噪声的条件下接收超声波波形来确定所述余震波形。

在一些实施方式中，所述处理器被配置用于确定所述余震波形相对于对应的超声波发射的定时，并且根据所述定时从所述接收到的声波波形中减去所述余震波形。