[发明专利]一种远距离场景下的超声测距方法

说明书

本发明公开了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；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；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。本发明的方法能够测量出准确的多径信道，实现高精度测距，同时保证测量的稳定性；能够以较低的采样频率获取信号，实现测距的超分辨，降低测距成本。

技术领域

本发明涉及超声定位领域，具体涉及一种远距离场景下的超声测距方法。

背景技术

在机械波或电磁波的远距离测距中，多径问题是很难避免的；多径信号会导致测距准确度大幅下降，特别是对测距稳定性的影响尤为明显；增大带宽是抑制多径问题的有效手段。

但是超声波换能器带宽有限，多径问题尤为突出；限制了超声波在远距离测距场景中的使用；此外，超声波频率高需要较高的采样率，导致采集成本高、处理数据量大，进一步提高了使用成本。

压缩感知的欠采样特性，可以极大的降低采样频率，降低使用成本。同时，能够准确分辨出混叠信号中包含的多径信号，从而避免多径对测距准确性及稳定性的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种远距离场景下的低成本的超声测距方法。

为实现上述目的，本发明提出了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；

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；

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。

作为上述方法的一种改进，所述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。

作为上述方法的一种改进，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。

作为上述方法的一种改进，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，设定超过该值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，设定阈值为该值的1/3；从第一次超过该阈值的位置，往后截取M个数据；