车用超声波传感器及其运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车用超声波传感器，尤其涉及可增加车用超声波传感器感应距离的技 术。
【背景技术】
[0002] 普通车用停车辅助系统的超声波传感器是在发送超声波以后，接收处理从物体 反射的信号而提供物体的距离信息。车用停车辅助系统的超声波传感器如图1所示，其 组成包括：用电生成发送信号的发送信号发生器11、将生成的电信号转换成物理振动即声 波的传感器单元13、在接收信号中判别有物体的时间的接收信号处理器15。接收信号为 AM (Amplitude Modulation ;调幅）信号，因此超声波传感器为识别物体位置，需要检测包 络线的解调过程。从位于与车辆有碰撞危险的距离的障碍物反射出的信号包络线的大小大 于临界值T h，故超声波传感器可以利用接收信号的包络线值判别有无障碍物。就是说，超声 波传感器利用大于临界值以上的包络线值被接收的时间求出物体的位置。超声波信号在行 进距离成比例地衰减，因此当发送信号的振幅大小为A，则被反射于在距离R的物体接收的 信号的大小如数学式1所示。
[0003] 【数学式1】
[0004] 接收信号大小=a (R)2 β A
[0005] 其中，a (R)是根据距离的衰减系数（〇彡a (R)彡1)，β是在物体表面上的反射 系数（0 彡 β 彡 1)。一般来说，R1〈R2 时 a (Rl)大于 a (R2)，（a (Rl)>a (R2))，α 〇〇2β 小于0.00001(α 〇〇2β〈0.00001)。随之，物体的距离越远，接收信号的大小越变小。为处 理大小小的被接收信号，须在接收信号处理器上放大信号。此时，若放大率为G，则由于接收 信号和包络线的振幅相同，因此只要满足数学式2即可判别位于距离R的物体。
[0006] 【数学式2】
[0007] a (R)2 β AG > Th
[0008] 为增加所述车用超声波传感器的感应距离，须发送较大振幅A的信号，或者增加 接收放大器的增益G。就是说，若感应距离极限为R1，为增加具有振幅为Al和增益为Gl的 超声波传感器的感应距离增加至R2(R2>R1- a (Rl)/ci (R2)>1)，需要更大的振幅A2和增 益G2。如果感应距离极限为R1、R2的两个超声波传感器的增益相同（G1 =G2)，振幅A2如 数学式3求出，而发送振幅相同（Al =A2)，则增益G2如数学式4求出。
[0009] 【数学式3】
[0010] a (R1)2 β A1G1 = a (R2)2 β A2G2 = a (R2)2 β A2G1 彡 Th
[0011] A2 ={ α (R1) / α (R2)} 2A1
[0012] 【数学式4】
[0013] α (R1)2 β A1G1 = α (R2)2 β A2G2 = α (R2)2 β A1G2 彡 Th
[0014] G2 = {α (R1)Za (R2)I2G1
[0015] 其中，由于a (Rl)/a (R2)>1，因此在各个状态下均为A2>A1、G2>G1。
[0016] 一方面，现有车用停车辅助系统的超声波传感器为获得高发送振幅而使用变压器 实施升压。但，变压器的匝数比越高，需从输入端供应的电流量增加，因受到超声波传感器 装置大小限制而实际可获得的振幅值则存在物理限制。而且一般是利用球形波驱动超声波 传感器的传感器单元，因此传感器单元转换成声波的频率带宽以外能量被转换成热量。因 此，使用振幅越高，转换的热能量增加，故因传感器单元因热化现象造成寿命缩短。
[0017] 另一方面，现有车用停车辅助系统的超声波传感器为增加感应距离，提升增幅增 益。但这种状态下，杂音也与接收信号一起被放大。而且距离越远，接收信号的大小越变 小，但杂音的大小相同，因此在被增加幅度的信号中很难区分接收信号和杂音。而且，外部 的电磁波或音频率带宽的环境噪声谐波含量等，也可以通过提高增益成为临界值以上的信 号值，因此现有超声波传感器对于环境的变化比较脆弱。
【发明内容】
[0018] 技术问题
[0019] 本发明要解决的技术问题是，提供一种可增加超声波传感器感应距离的技术方 案。
[0020] 技术方案
[0021] 根据为达成前文所述问题，本发明实施例的车用超声波传感器包括：生成频率随 时间变化的发送信号的发送部；输出与所述生成的发送信号对应的超声波信号的传感器单 元；以及，接收所述超声波信号被障碍物反射返回的接收信号，对接收的所述接收信号和所 述发送信号进行相关运算而增加所述接收信号振幅的接收部。
[0022] 根据为达成前文所述问题，本发明实施例的车用超声波传感器的运行方法是该实 施步骤包括：生成频率随时间变化的发送信号的步骤；输出与所述生成的发送信号对应的 超声波信号的步骤；以及接收被障碍物反射返回的对于所述超声波信号接收信号的步骤； 以及为增加所述接收信号的振幅，将接收的所述接收信号和所述发送信号进行相关运算的 步骤。
[0023] 有益效果
[0024] 根据本发明的实施例，其有益效果在于，将离散线性调频信号生成为发送信号进 行发送，利用基于传感器单元频率响应的加权值和发送信号，对接收信号实施脉冲压缩，进 而压缩时间轴上散开的接收信号，使振幅增加到极限以上，使远距离感应得以实现而克服 现有超声波传感器上存在的感应距离的局限。
[0025] 另外，根据本发明的实施例，只有除杂音以外的接收信号的大小被脉冲压缩，从而 提供比现有超声波传感器更高的信噪比，降低未感应或错误感应的概率，且不需要增加具 有物理局限性的发送信号振幅或接收信号振幅增益的其它硬件，也可以利用球形波和车用 传感器单元的特性即可实现本发明。
【附图说明】
[0026] 图1是现有车用超声波传感器的结构框图；
[0027] 图2是本发明实施例的车用超声波传感器的框图；
[0028] 图3是说明本发明实施例的接收信号脉冲压缩的示意图；
[0029] 图4是本发明实施例的传感器单元频率响应的例示图；
[0030] 图5是本发明实施例的车用超声波传感器的详细结构图；
[0031] 图6是说明本发明实施例的生成发送信号的示意图；
[0032] 图7是说明本发明的实施例的接收信号脉冲压缩的示意图。
[0033] 图中：
[0034] 100:车用超声波传感器；110:发送部；
[0035] 120:接收部； 130:接收部。
【具体实施方式】
[0036]