[发明专利]一种远距离场景下的超声测距方法

权利要求书

1.一种远距离场景下的超声测距方法，所述方法包括：

根据压缩感知的测量准则生成测量信号，并通过发射端的超声波换能器进行发射；具体包括：

根据压缩感知的测量准则，设计测量信号x；x为服从高斯分布、均匀分布、伯努利分布或卡方分布的一组序列；

超声波换能器的发射信号y_s表示为：

y_s＝h*x

其中，h为超声波换能器的脉冲响应序列；

接收端对接收信号进行采样和滤波，然后对滤波后的采样信号进行有效信号截取；

利用压缩感知恢复算法从截取后的有效信号中恢复出稀疏的信道信号；具体包括：

生成由发射信号构成的测量矩阵U_m×n：

其中，测量向量u_s是在y_s的前后各补n个0构成；m代表截取后有效信号的长度；n代表要恢复的信道信号长度；y_s的长度是由脉冲响应序列h和测量信号x决定；

矩阵U_m×n为Toeplitz矩阵，此时，处理后的采样信号写为矩阵形式为：

利用压缩感知恢复算法从处理后的采样信号恢复出稀疏的信道信号d_n；

利用峰值筛选从稀疏的信道信号中得到第一径信号及第一径到达时间；

将第一径到达时间乘以传播速度得到发射端到接收端的距离。

2.根据权利要求1所述的远距离场景下的超声测距方法，其特征在于，所述接收端对接收信号进行采样和滤波，然后对滤波后的采样信号进行有效信号截取；具体包括：

对接收信号进行采样，采样率跟信道信号长度有关，采样数至少是信号长度的1/3；

利用带通滤波器对采样后的信号进行滤波；带通滤波器为FIR滤波器或IIR滤波器；

对滤波后的采样信号进行有效信号截取，得到处理后的采样信号。

3.根据权利要求2所述的远距离场景下的超声测距方法，其特征在于，对滤波后的采样信号进行有效信号截取的方法为：阈值法、能量法或穿越法；

阈值法：根据最大传播距离时接收到信号的最大值，设定超过该最大值的1/3的位置为信号的起始时刻，从该时刻起往后截取M个数据；

能量法：取相邻的k个信号的平方和作为该段信号的能量；根据最大传播距离时的信号最大能量，设定阈值为该信号最大能量的1/3；从第一次超过该阈值的位置，往后截取M个数据；

穿越法：设定一阈值，计数在一段时间内，信号穿越该阈值的次数作为判断依据；根据信号的中心频率及时间设定穿越次数；当第一次达到该穿越次数时，往后截取M个数据。

4.根据权利要求1所述的远距离场景下的超声测距方法，其特征在于，所述恢复算法为：贪婪匹配追踪算法、凸松弛算法、贝叶斯类算法或神经元网络算法。

5.根据权利要求4所述的远距离场景下的超声测距方法，其特征在于，所述利用峰值筛选从稀疏的信道信号中得到第一径信号及其到达时间；具体包括：

信道恢复后得到一组稀疏的信道信号d_n；有信号的位置代表在相应时刻有信号到达；选取峰值的三分之一作为阈值，超过该阈值的第一个峰值，即为第一径信号；

从第一径信号中获取第一径到达时间；该时间由截取信号起始时间和截取信号内的第一径信号位置对应的时间相加后的值。