用于识别超声信号的回波的方法和设备与流程

本发明涉及用于识别超声信号的回波的一种方法和一种设备。在此，尤其使用具有不同频率的部分信号。

本发明也涉及一种具有这种设备的运载工具。

背景技术：

使用基于超声信号的测量系统来求取与发送器前方的环境对象的距离。在此，发送器发送超声信号。由接收器接收由环境对象引起的超声信号的反射(回波)。也可以将接收器直接安装在环境对象上。在这种情况下，接收到的不是回波，而是超声信号本身。处理单元分析处理信号并且借助信号传播时间和声速来求取发送器与环境对象之间的或发送器与接收器之间的距离。

为了提高识别超声信号或超声信号的回波的准确度以及系统的作用距离，有利的是，也可以从宽带噪声中过滤出弱的信号。为此，使用所谓的扩展码(spreizcode)。在此，产生伪随机码。借助码分复用法将该代码与待发送的信号进行组合，并且接下来由超声发送器对其进行发送。

因为已经与信号进行组合的代码是已知的，所以可以通过互相关或自相关在接收器侧容易地从噪声中过滤出信号。因为如此也可以识别出非常微弱的信号，所以可以增大超声传感器的有效作用距离。

由现有技术已知这样的系统。de102009031955a1例如公开一种用于借助超声波来确定待定位的单元的空间位置的方法，在所述方法中，给超声载波信号施加pn(伪随机噪声)码序列，并且该方法包含以下步骤：在发送器中产生pn码序列；将pn码序列与发送器中的超声载波信号进行混合；周期性地发射超声pn码序列；在接收器处接收信号-噪声混合物，并且分析处理所接收到的信号的传播时间特性，以求取待定位的单元的空间坐标。

在此，超声信号划分成具有线性的或非线性的频率调制(所谓的chirps：线性调频)的部分信号。线性调频信号具有开始频率和结束频率以及频率的斜率，其中，斜率可以是正的或负的。这具有以下优点：产生并且发送具有恒定幅度的宽频谱，这对识别速率产生积极影响。为此所使用的超声发送器和超声接收器必须具有相应宽的频谱。这需要以相应配置的并且因此昂贵的部件为前提，或者在识别性能方面存在限制。

技术实现要素：

根据本发明的方法的特征在于，也可以使用简单且成本有利的部件，而不会在识别性能方面产生显著限制。用于识别超声信号的回波的方法包括多个步骤。在此，超声信号由至少两个彼此相继地发送的部分信号组成。在第一步骤中，借助超声发送器发送超声信号的第一部分信号，该第一部分信号具有第一静态频率和第一预定义持续时间。接下来在第二步骤中，借助超声发送器发送超声信号的第二部分信号，该第二部分信号具有第二静态频率和第二预定义持续时间，该第二静态频率与第一频率不同。在此，第一静态频率和第二静态频率处于超声波的范围内——优选25khz至60khz之间、优选30khz至55khz之间的范围内，并且理想地具有至少1khz的间隔。第一频率和第二频率可以涉及谐波频率、三角频率或方波频率。如果所述信号不相应于正弦曲线，则概念“频率”涉及信号的基频。第一预定义持续时间和第二预定义持续时间不仅可以具有不同的长度，而且也可以是相等的。如果所发送的超声信号照射到环境对象(例如超声发送器的发送方向上的障碍物)上，则该超声信号由该环境对象所反射。该环境对象不仅可以是静态的交通空间对象，而且可以是能够运动的交通空间对象，和/或是对碰撞重要相关的交通元素(例如交通标志、行车道边界元素、另一运载工具、行人等)。在此，所反射的超声信号的一部分返回到超声发送器的方向上。在此，可以借助优选安装在超声发送器附近的超声接收器或者借助组合的超声发送器/接收器模块接收所反射的超声信号(回波)。在根据本发明的方法的第三步骤中，在辨识在环境对象处反射的超声信号时使用第一频率和第二频率。在发送超声信号时，通过对于各个部分信号使用两个不同的频率来产生信号模式。超声信号的回波也具有该信号模式。因为超声信号的或回波的模式是已知的，所以也可以由所接收的超声噪声辨识出该模式。在进行辨识时使用诸如互相关或自相关的方法。如果辨识出回波，则可以计算超声信号的发送与回波的接收之间的时间间隔(超声信号的信号传播时间)，并且因此计算出至环境对象的距离。

根据本发明，还提供一种用于识别超声信号的回波的设备。该设备包括数据输出端、数据输入端以及处理单元。通过连接到数据输出端上的超声发送器，受处理单元控制地在第一预定义持续时间上以第一预定义的静态频率发送超声信号的第一部分信号。接下来，同样通过连接到数据输出端上的超声发送器，以与第一频率不同的第二静态频率和第二预定义持续时间发送超声信号的第二部分信号。与数据输入端连接的超声接收器可以接收由环境对象所反射的超声信号以及宽带超声噪声，并且将所述超声信号以及宽带噪声作为电信号通过数据输入端传输给处理单元。在处理单元中，根据第一频率和第二频率，可以从代表所接收的宽带噪声的电信号中辨识出并且因此过滤出超声信号或该超声信号的回波或代表该回波的电信号。同样地，处理单元可以计算出超声信号的发送与回波的接收之间的时间间隔、传播时间，并且因此计算出至环境对象的距离。

说明书中示出本发明的优选扩展方案。

在本发明的一种特别有利的实施方式中，借助超声发送器发射超声信号，并且由超声接收器接收在环境对象处反射的超声信号(即回波)。在此，超声发送器和超声接收器可以构型成两个分离的设备、膜片或声转换器。也可能的是，对于每个待发送的频率分别使用一个超声发送器。因此，可以将第一频率与第二频率之间的间隔最大化并且可以选择如下频率：所述频率允许尽可能最佳地进行识别，而不必依赖于各个超声发送器具有相应宽的频谱。使用不仅构型成超声发送器而且构型成超声接收器的单个设备是另一实施方式。

为了优化非常小或非常大的距离中的环境对象的识别，或者为了对至环境对象的变化的距离做出反应，可以按照如下方式改善本发明：根据至环境对象的期望的或探测到的距离定义第一持续时间和第二持续时间，并且在发送部分信号的持续时间上始终重新进行自动匹配。对于中等距离而言，在此理想地使用200μs的持续时间来发送部分信号。由部分信号组成的超声信号例如具有2ms的持续时间。然而对于非常近的环境对象而言，也可以缩短用于发送部分信号的持续时间，并且对于非常远的环境对象而言，也可以延长用于发送部分信号的持续时间。也可以预定义和/或改变由部分信号组成的超声信号的持续时间。

在一种有利的实施方式中，可以给频率分配代码的符号。在使用两个不同的频率的情况下，在此提供二进制代码。因此，例如可以将第一频率分配给0并且将第二频率分配给1。使用其他的编号系统也是可能的，并且尤其在使用超过两个不同的频率来发送部分信号的情况下是值得推荐的。如果无法给编号系统的每个符号分配频率，则例如可以将预定义的部分信号或发送暂停分配给其余符号。理想地，例如使用伪随机码来对超声信号进行编码。对此已知的示例是由卫星技术已知的prn码(伪随机噪声码)。其他的示例是gold码或kasami码。所选择的代码由预定义数量的符号组成。在此，每个符号相应于超声信号的部分信号。因此，超声信号的长度取决于代码的符号的预定义数量和组成超声信号的部分信号的发送持续时间。如果同时使用超过一个超声发送器，则推荐给每个超声发送器分配一个单独的代码。因此，可以将所接收的回波分配给相应的超声发送器。

在本发明的另一改善方案中，在第一次发送之后可以重新发送超声信号。越频繁地重复发送或接收超声信号，则可以越好地从时间上变化的噪声中过滤出非常弱的回波。如果连续地重复发送超声信号，对于超声接收器而言，却不再能识别出信号的开始或结束。这又可能影响传播时间确定。因此，在重新发送超声信号时，还可以将超声信号的相位转过预定义的值。因此，也将超声信号中包含的所有部分信号的相位转过相应的值。借助已知的相移角度，处理单元能够确定超声信号的开始和结束。

为了优化识别，在将相位转过预定义的值之前，也可以以不变的相位重复地发送超声信号。在此，可以根据至待识别的环境对象的距离或通过预定义的最大识别距离自动地定义相位不变的重复次数。也可以通过代码确定相位不变的重复的以及相移重复的模式。在此，可以给相位不变的重复和相移的重复分别分配代码的符号。为此，例如二进制代码是合适的，其中，可以给每个相位不变的重复分配0并且给每个相移的重复分配1。对于00111000的代码而言，将会得到超声信号的两个相位不变的重复，接着是三个相移的重复，接着是三个相位不变的重复。也可能的是，在超声信号的重复之间插入预定义持续时间的发送暂停，在该发送暂停中，超声发送器不发送信号。可以在每个重复之后或之前、在预定义数量的重复之后或之前、在每个相移之后或之前和/或在相移的每个模式之后或之前插入发送暂停。在此，可以根据至环境对象的距离或根据第二超声发送器定义发送暂停的持续时间，以便例如将可能的干扰影响最小化。也可能的是，响应于至环境对象的距离变化或响应于第二超声发送器移入或移出超声接收器的接收区域，改变发送暂停的持续时间。

在另一有利构型中，超声发送器以及超声接收器可以固定在运载工具的外壳上或运载工具的外壳中。因此，可以在不损害其功能的情况下将所述超声发送器和超声接收器在视觉上不显著地集成。

附图说明

以下参照附图详细地描述本发明的实施例。在附图中示出：

图1示出与运载工具结合的用于识别超声信号的回波的设备的实施例的高度简化的示意图；

图2示出根据本发明编码的超声信号；

图3示出根据本发明编码的超声信号和相移编码的超声信号；

图4示出根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明配备的运载工具1的实施例的部件。安装在运载工具1的保险杠2中的超声发送器3结合数据输出端4发送超声信号5。该超声信号5由环境对象6所反射。由环境对象6反射的超声信号(回波7)由安装在运载工具1的保险杠2中的超声接收器8所接收并且通过数据输入端9传输给处理单元10。在处理单元10中，对所接收的回波7进行辨识和分析处理。然后，例如可以由处理单元10将探测结果传输给运载工具1的其他系统。处理单元10也可以根据超声信号5的发送与回波7的接收之间的时间段计算出至环境对象6的距离。

将超声发送器3和超声接收器8安装在运载工具1的保险杠2上或保险杠中仅仅是一个示例。只要超声发送器3和/或超声接收器8的功能不受限制，就同样能够想到运载工具1的外壳上或外壳中的任何其他位置。

此外，图1示出第二超声发送器11，该第二超声发送器处于运载工具1以外或设备以外。第二超声发送器11发送第二超声信号12，该第二超声信号由超声接收器8所接收。因此，第二超声信号12干扰属于超声信号5的回波7的接收和识别。处理这种干扰的一种可能性在于：如上述那样借助符号序列对超声信号5进行编码。如此编码的超声信号5具有以下信号模式：该信号模式也可以在该超声信号的回波7中重新得到。理想地，超声信号5的信号模式或该超声信号的回波7与第二超声信号12的信号模式不同。即使在第二超声信号12的干扰影响下，通过超声信号5的、对于处理单元10而言已知的信号模式，也可以由处理单元10从所接收的超声噪声中辨识出该超声信号的回波7。如果第二超声发送器11不发送连续的信号，则处理干扰的另一可能性在于：插入发送暂停，直至第二超声发送器11停止发送。处理单元10可以通过与数据输入端9连接的超声接收器8识别：第二超声发送器11进行发送并且因此干扰或将会干扰超声信号5的回波7的接收。然后，处理单元10可以等待预定义持续时间，以便识别：第二超声信号12是否涉及连续的信号。如果在预定义持续时间内不再接收到第二超声信号12，则处理单元10识别到这一点并且可以响应于该识别地通过连接到数据输出端4的超声发送器3触发超声信号5的发送。因此，可以在没有第二超声信号12的干扰影响的情况下，通过超声接收器8接收回波7。如果尽管预定义的持续时间到期，而处理单元10无法识别到第二超声信号12的发送暂停，则仍然触发超声信号5的发送并且通过处理单元10尝试对回波7进行辨识。如果对于回波7的可靠辨识而言，第二超声信号12的干扰影响太大，则例如可以将故障报告传输给运载工具1的其他系统。

在图2中说明如何对超声信号5进行编码。如上所述，将第一频率21分配给代码的第一符号22，并且将第二频率23分配给代码的第二符号24。所发送的超声信号5由多个部分信号25至32组成。以第一频率21或第二频率23发送部分信号25至32，其中，根据代码执行频率21、23至部分信号25至32的分配。

在此所示的示例中，二进制代码10111011被预定义为所述代码。因此，将第一频率21分配给该代码的符号“1”，并且将第二频率23分配给该代码的符号“0”。相应地，在第一持续时间上以第一频率21发送第一部分信号25。接下来，在第二预定义持续时间上以第二频率23发送第二部分信号26。在该代码之后，在各一个第一持续时间上以第一频率21发送接下来的三个部分信号27至29，然后，在第二持续时间上以第二频率23发送部分信号30，并且在第一持续时间上以第一频率21发送两个部分信号31和32。

相应地，也可以在由环境对象6反射的超声信号(回波7)中重新得到所获得的频率模式。因此也能够辨识出宽带噪声中的非常弱的回波7和/或从宽带噪声中过滤出该回波。因此，也能够实现对非常远或非常小的环境对象的探测。

图3示出在借助超声信号重复地发送替代编码时的相移p。根据代码1101，发送由四个部分信号33至36组成的超声信号。在紧随其后的第二次发送超声信号时，将该超声信号的相位转过180度。随着超声信号的相位转动，各个部分信号33至36的相位也相应地转动。即使在相移p之后，各个部分信号33'至36'也继续代表代码1101。

图4示出根据本发明的方法的流程图。在第一步骤100中，发送超声信号5的第一部分信号25，该第一部分信号具有第一静态频率21和第一预定义持续时间。接下来在第二步骤200中，发送超声信号5的第二部分信号26，该第二部分信号具有与第一频率21不同的第二静态频率23和第二预定义持续时间。在第三步骤300中，在使用第一频率21和第二频率23的情况下从所接收的回波7中辨识出在环境对象6处反射的超声信号。