超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法
【專利摘要】本發明提供了一種超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法，包括如下步驟：（1）按照一定規律發送頻率變化的超聲波脈沖；（2）接收端通過濾波電路排除非超聲波噪音、非臨近頻率超聲波噪音的影響；（3）在濾波后，接收端將采用傅立葉變換分析進行超聲波頻譜分析，通過設置門限值忽略功率較低的超聲波信號，以消除超聲波多徑效應和非視距傳播影響對測量的干擾；（4）通過傅立葉反變換，恢復原有的有效超聲波信號。本發明的超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法可以較好地識別出較強的多徑效應，而且有效測量的精度可達到0.3mm。
【專利說明】超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及超聲波短距高精度測量領域，利用超聲波在20CM的短距離測量中達到亞毫米誤差的精度:如精細加工機床等領域，也可以有效改善倒車雷達，盲人手杖，機器人避障等的精度，具體涉及超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法。
【背景技術】
[0002]超聲波已被廣泛用于測距領域，然而其精度沒有得到有效提升，限制了短距測距應用。影響超聲波測距精度有兩個主要原因:1)傳輸速度誤差，超聲波傳輸速度與環境溫度有關，不同溫度下，傳輸速度存在一定的偏差。2)超聲波飛行時間測量有誤差,一定程度的環境噪音干擾下，超聲波換能器的起振點將被擾動而無法有效識別，使得超聲波渡越時間測量存在一定的誤差。
[0003]本 申請人:在傳感技術學報2013年第5期中，提出了“一種考慮起振延遲的超聲波短距離高精度校準方法”(方法I)。沈常宇、郭寶金在傳感技術學報2010年第6期發表的的“相位比較法高精度超聲測距研究”一文，提出通過檢測相位差異進行高精度測距的方法(方法2)。方法2的基礎是一套能將相位差線性轉化到直流電壓的電路，通過測量調制波相位差異來測量距離，在7m和14m的量程下，擬合誤差為0.5cm和1cm。王雪峰、唐禎安在傳感技術學報2010年第10期發表的“基于自干涉驅動技術的超聲波飛行時間測量系統優化設計”一文中提出通過發射兩個可以產生自干涉的超聲波，并檢測包絡過零點來識別相位翻轉，該方法在實驗室環境下精度接近1_ (方法3)。張淑清、靳世久、李雋在傳感技術學報2007年第7期發表的“提高超聲波物位檢測精度方法的研究” 一文，提出了基于混沌理論的信號處理方法，可從較強噪聲背景中提取微弱超聲波信號(方法4)。
[0004]方法I在實驗室環境下可以有效地進行高精度距離測量，但在實際環境下，將受到超聲波噪音干擾，而產生l_2cm誤差。
[0005]針對方法2，當環境中含有接近調制波頻率的噪音存在時，將對相位差檢測電路造成干擾，從而影響測量距離。在多徑效應和非視距傳播影響明顯的環境中，該方法的誤差將很難控制。
[0006]方法3在實際環境中檢測時相位翻轉可能受接近頻率的超聲波噪音干擾，而包絡過零點將受到各類超聲波噪音的干擾。
[0007]方法4可以較好地處理非超聲波信號的噪音，但不能較好應對超聲波噪音信號的干擾。
【發明內容】
[0008]為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法，包括如下步驟:
(1)按照一定規律發送頻率變化的超聲波脈沖；
(2)接收端通過濾波電路排除非超聲波噪音、非臨近頻率超聲波噪音的影響；(3)在濾波后，接收端將采用傅立葉變換分析進行超聲波頻譜分析，通過設置門限值忽略功率較低的超聲波信號，以消除超聲波多徑效應和非視距傳播影響對測量的干擾；
(4)通過傅立葉反變換，恢復原有的有效超聲波信號。
[0009]進一步的，還包括如下步驟:(5)通過對超聲波頻譜的變化規律分析，若符合約定頻率變化，則作為待檢測信號進行分析，以消除某些較強但在變化規律上不同于約定規律的超聲波噪音影響。
[0010]進一步的，步驟(1)中采用如下方式發送超聲波脈沖:先穩定發送若干個超聲波信號，然后再發送一組略高頻率的超聲波信號。
[0011]進一步的，步驟(2)中濾波電路的中心頻率和帶寬的計算公式如下:
令中心頻率為_,則
【權利要求】
1.一種超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法，包括如下步驟: (1)按照一定規律發送頻率變化的超聲波脈沖； (2)接收端通過濾波電路排除非超聲波噪音、非臨近頻率超聲波噪音的影響； (3)在濾波后，接收端將采用傅立葉變換分析進行超聲波頻譜分析，通過設置門限值忽略功率較低的超聲波信號，以消除超聲波多徑效應和非視距傳播影響對測量的干擾； (4)通過傅立葉反變換，恢復原有的有效超聲波信號。
2.如權利要求1所述的超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法，其特征在于:還包括如下步驟: (5)通過對超聲波頻譜的變化規律分析，若符合約定頻率變化，則作為待檢測信號進行分析，以消除某些較強但在變化規律上不同于約定規律的超聲波噪音影響。
3.如權利要求1所述的超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法，其特征在于:步驟(I)中采用如下方式發送超聲波脈沖:先穩定發送若干個超聲波信號，然后再發送一組略高頻率的超聲波信號。
4.如權利要求1所述的超聲波短距高精度測量中環境噪音剔除方法，其特征在于:步驟(2)中濾波電路的中心頻率和帶寬的計算公式如下: 令中心頻率為β|，則
【文檔編號】G01S7/537GK103543447SQ201310431151
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】徐斌 申請人:浙江工商大學