[发明专利]超声波扩频测距方法及装置

说明书

本发明提供了一种超声波扩频测距方法及装置。该方法包括：发射用来测距的扩频信号，其中，所述扩频信号的发射频率是关于时间的正弦波；接收障碍物反射扩频信号所产生的回波信号；将扩频信号与回波信号进行混频，相关解调得到扩频信号与回波信号之间的频差信息；根据频差信息，计算与障碍物之间的空间距离。本发明提供的超声波扩频测距方法及装置实现了在高干扰环境下对于障碍物空间距离的准确测量。

技术领域

本发明涉及电气火灾监控系统中主机与绝缘电阻探测器之间的空间距离距离测量技术领域，特别是涉及一种超声波扩频测距方法及装置。

背景技术

当前国内电气火灾监控系统中空间测距的方法有很多种类，如超声波，红外、调频和激光测距等。而常用的超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。目前主要超声波测距方法是超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。它的优点是技术实现方式简单，缺点就是由于采用单一频率的超声波，复杂环境下，受电磁干扰测量准确度误差大等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超声波扩频测距方法及装置，使用在电气火灾监控系统主机与绝缘电阻探测器无线通讯系统中，完成在强干扰环境和障碍物下实现高精度的测量主机与探测器设备之间的空间距离。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超声波扩频测距方法，所述方法包括：发射用来测距的扩频信号，其中，所述扩频信号的发射频率是关于时间的正弦波；接收障碍物反射扩频信号所产生的回波信号；将扩频信号与回波信号进行混频，相关解调得到扩频信号与回波信号之间的频差信息；根据频差信息，计算与障碍物之间的空间距离。

在一些实施方式中，正弦波的频率远小于发射频率。

在一些实施方式中，扩频信号与回波信号之间的频差信息由如下公式给出：

其中，U_t为扩频信号的幅值，U_r为回波信号的幅值，k为常数，Δf为扩频信号的最大频偏，f_m为调制频率，f₀为扩频信号的中心频率，T为扩频信号的周期，u_b为频差信息。

在一些实施方式中，根据频差信息，计算与障碍物之间的空间距离，包括：将频差信息进行傅里叶变换，得到频差信息的频率分量；根据频率分量计算与障碍物之间的空间距离。

在一些实施方式中，将频差信息进行傅里叶变换，得到频差信息的频率分量包括：根据如下公式进行傅里叶展开：

其中，J₀为0阶第一类贝塞尔函数，J₁为1阶第一类贝塞尔函数，J₂为2阶第一类贝塞尔函数，J₃为3阶第一类贝塞尔函数，J₄为4阶第一类贝塞尔函数，f_d为目标回波的多普勒频移。

在一些实施方式中，贝塞尔函数参数D由如下公式给出：

其中，Δf为扩频信号的最大频偏，f_m为调制频率，R₀为与障碍物之间的初始距离，c为光速。