[发明专利]一种超声波测距方法及装置

说明书

本发明涉及一种利用超声波的反射测量距离的系统。

超声测距或脉冲雷达测距都是以方形包络脉冲调制波作为已调波，通过发射器向被测目标发射，反射波由接收器接收，根据超声波自发射器至被测目标往返一次所需的周期时间，确定目标的距离。为精确测定距离，要求超声波测量的分辨率要高，即周期时间测量精确度高；为实现远距离测距，要求探测能力强；同时还要求测量准确度高，彻底消除杂波干扰的影响，实现去伪存真。

为提高超声波测距装置的综合性能，人们提出了许多改进方案，研制出性能较好的测距装置，但至今尚未取得突破性的进展，在提高其性能指标方面总是顾此失彼，结果尚不理想。

日本专利JP60-27875提供一种双脉冲雷达测距方案，采用两个脉冲发生器，其中一个产生宽脉冲调制波，另一个产生窄脉冲调制波，然后用加法器将宽窄两种脉冲合成为更宽的脉冲用于发射；在接收电路中设置一个分配器，将合成脉冲重新分解为原来重复周期的宽脉冲和窄脉冲，并分别进行检波。该方案对近距离和远距离目标测量作了比较合适的信号处理，改善了近距离测量时的分辨能力和增强了远距离测量时的探测能力。该方案的缺陷是测量误差较大，在接收回路中，经过包络检波后的信号，其波形上升前沿变缓，于是很难确定回波到来的准确时刻；为此在比较电路中设置一个具有一定电位值的门限电平，用于消除杂波影响，但由于门限电平存在，必然切去信号波形上升前沿的一部分，由此造成测量误差。若门限电平的电位值过小，则会将杂波信号误认为是回波信号，而造成更大的测量误差。

日本专利JP62-235587公开了一种脉冲雷达的设计方案，是对JP60-27875方案的一种改进，如图1所示，图中(A₁)为发射波形，(A₂)为回波波形，(A₃)为回波到来时刻门限电平取值示意图。该方案采用低电位门限电平m₁，在接收装置中采用两个并行的检波回路，作为主回路的包络检波回路在低电位m₁时，能尽早地检测出回波到来的时刻，该包络检波回路没有时间延迟现象；作为辅助回路的同步检波回路只有检到信号时才有输出，否则没有输出，此同步检波回路有时间延迟现象。将两种检波结果分别输入微机，当两种检波都有输出时，微机认定主回路的包络检波信号到来的时刻为t₁，而不会将杂波到来时刻t_n错认为t₁。该方案降低了门限电平，提高了测距的准确度。但同样有门限电平存在，而不能精确测量出回波到来的时刻，测量误差仍然较大，能够检测到的目标距离也相当有限。

上述两种方案，其门限电平值示于图1(A₃)，前者门限电平值为m₂，相应回波到来时刻取t₂，后者门限电平值为m₁，相应的回波到来时刻取t₁，后者优于前者。由于回波到来时刻t₁或t₂均在远离回波信号前沿的起始点处取值，导致现有的超声波测距装置综合技术性能指标难以提高，其根本原因在于缺乏彻底消除杂波干扰的最佳方案，即达到回波到来时刻是在逼近于包络波形前沿起始点处取值的理想境界。

本发明的一个任务在于提供一种崭新的超声波测距方法，其发射波包含多个方形包络脉冲波构成具有时序特征的脉冲信号波，且各个方形包络脉冲波其重复周期和脉冲宽度是予先设定的，存入微机的随机存贮器RAM中的信息，微机只对具有该时序特征的信息识别提取，从而彻底清除环境杂波影响，免设门限电平，使回波到来时刻的取值位于逼近信号波形前沿起始点成为现实，在同等发射功率的条件下，使超声测距的分辨能力、探测能力、准确度等综合性能指标获得最大限度的提高。

本发明的另一任务是提供一种实施上述方法的超声波测距装置，该装置充分利用微机功能，利于测距装置简化电路，提高性能，降低生产成本。

本发明的超声波测距方法，采用具有时序特征的发射波，该时序特征贯穿在整个接收回路中，微机只对具备该时序特征的信息能够识别提取，否则一律不提取，即对环境杂波产生的伪信号一律清除，使杂波不对测距结果产生任何影响。