回波处理方法与流程

本发明属于距离测量技术领域，特别涉及一种回波处理方法。

背景技术：

目前，超声波测距仪被广泛应用汽车测距上，最突出的应用为倒车雷达。超声波测距仪的工作原理为：测距仪发出固定频率的超声波，同时接收该频率的超声波，记录发出超声波与接收到回波的时间间隔，然后根据s＝vt/2，得出障碍物到雷达探头的距离s，其中，v为当前温度下的声速，t为发出超声波与接收到回波的时间间隔。

三角算法对障碍物定位的原理如图1所示，包括探测仪a、b和障碍物c(下文简称a、b、c)，其中，a、b的安装间距已知，为dab。在a发出探测波后，a收到回波获得a与c的距离dac，b收到回波获得a到c再到b的距离dacb，根据dab、dac、dacb便能确定障碍物c与探测仪a、b所在安装面的间距，从而实现障碍物的定位。

由于体积较大或形状不规则的障碍物可能会获得多个回波，也就是说，所获得的相邻回波可能是同一障碍物直接反射的，也可能是两个不同障碍物反射的，回波还可能是经一个障碍物反射后，又经另一个障碍物二次反射的。然而现有的回波处理方法，在收到多个回波时，将会计算每一个回波的探测距离，并将每一个回波都判断成一个障碍物，使得原始的障碍物信息可能有误，将影响后续三角算法对各障碍物定位的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能提升定位准确性的回波处理方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种回波处理方法，包括如下步骤：

a：测距仪发出探测超声波，同时接收回波信号；

b：计算本次探测所接收到的回波个数n，及每个回波出现的时刻、宽度、峰值大小；

e：设定a＝1；

f：计算第a回波与第a+1回波之间的时间间隔δta，

δta＝t(a+1)1-ta1-ta

t(a+1)1为第a+1回波的回波时间，ta1为第a回波的回波时间，ta为第a回波的宽度；

判断δta是否在限定时间间隔范围内，若δta＞t3，将第a回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤k；若0<δta≤t3，进入步骤g；

g：按下式计算相邻两个有效回波的宽峰比得到ka，ka+1及ka合，

ta为第a回波的宽度，aa为第a回波的波峰值，ka为第a回波的宽峰比，δta为第a回波与第a+1回波之间的时间间隔，ta+1为第a+1回波的宽度，aa+1为第a+1回波的波峰值，ka+1为第a+1回波的宽峰比，ta合为第a回波与第a+1回波合并的宽度；ka合为第a回波与第a+1回波合并的宽峰比；

h：判断回波的宽度、宽峰比是否匹配，

如果第a回波的宽峰比与其宽度匹配，第a+1回波的宽峰比与其宽度也匹配，将第a回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤k；

如果第a回波、第a+1回波中仅一个回波的宽峰比与其宽度匹配，两个回波合并的宽度与宽峰不匹配，将宽峰比与其回波宽度匹配的回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤k；

如果第a回波、第a+1回波中存在宽峰比与其宽度不匹配的回波，而两个回波合并的宽峰比与宽度匹配，将两个回波合并后的信息输出为与有效障碍物信息，也就是将第a回波的回波时间作为回波时间，ta合作为回波的宽度，max(aa,aa+1)作为回波波峰值，进入步骤k；

如果第a回波、第a+1回波及两个回波合并后的宽度与宽峰比均不匹配，剔除第a回波、第a+1回波的信息，进入步骤j；

j：判断是否存在第a+2、a+3回波，

如果存在第a+2、a+3回波，将原第a+2回波作为新的第a回波，原第a+3回波作为新的第a+1回波，并依次更新剩余回波的信息，回到步骤f；

如果仅存在第a+2回波，计算第a+2回波的宽峰比，判断第a+2回波的宽峰比与宽度是否匹配，若匹配，输出第a+2回波的信息为有效障碍物信息，若不匹配，进入步骤k；

如果不存在第a+2回波，进入步骤k；

k：结束本次回波处理。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：在对障碍物进行距离判断时，能够排除非直接反射的回波干扰，获得更为准确的障碍物距离信息，这样在利用多个测距仪进行定位时，能够更准确地定位出障碍物的位置。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1、2是三角算法的示意图；

图3、4是测距仪探测回波的示意图；

图5是实施例一的流程示意图；

图6是实施例二的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

测距仪探测回波如附图3、4所示，t11为第1回波的回波时间，t1为第1回波的宽度，δt1为第1回波与第2回波的时间间隔，t21为第2回波的回波时间，t2为第2回波的宽度，依此类推。tmax为回波探测时长，ts时段内探测得到的数据包含tmax时段内各回波的波峰值数据。

在进行测距前或在判定两相邻回波前，需对测距仪进行标定，标定步骤如下：

a01：选定不同尺寸的标定障碍物，将标定障碍物按照尺寸分为小障碍物、常规障碍物、大障碍物、超大障碍物；

其中，小障碍物如路障锥、铁丝网，常规障碍物如树、电瓶车、摩托车，大障碍物如直接50cm球墩、车头，超大障碍物如大墙面、车身侧面。

a02：采用测距仪测量各标定障碍物在不同间距下的回波时间、回波宽度、回波峰值，获得对应的回波宽度、宽峰比特征值范围，该特征值范围用于步骤h的判断。

回波的宽度、波峰值都能表示接收到的回波大小，并反映障碍物反射面的大小。宽度与峰值属于回波的基本属性，在实际产品中最容易获取，采用这两种属性值用于区分相邻两回波是否属于同一障碍物直接反射的回波，效果显著。

不同的探测仪、不同的标定物标定获得的特征值范围不同。障碍物的反射面尺寸越小，对应的回波宽度越小，宽峰比范围随之变化。

实施例一

回波处理仅获得与测距仪间距最小的有效障碍物信息，具体流程如附图5所示。

a：测距仪发出探测超声波，同时接收回波信号；

b：计算本次探测所接收到的回波个数n，及每个回波出现的时刻、宽度、峰值大小；

c：判断有效回波个数n是否大于限定值n，若n≥n，判定测距仪受到严重干扰，进入步骤k，若n<n，进入步骤d；

限定值n与测距仪本身属性相关，能通过标定测得。例如，

c01：先用测距仪正对墙面、墙角、多反射面物体等障碍物，测得探头接收到的回波个数，

c02：再用另一测距仪与之对正布置，同时发出探测超声波，视作干扰，测得探头此时的回波个数，

c03：比较步骤c01、c02中测得回波个数，根据探测需求、测距仪性能及参数选定限定值n。

其中，步骤c01中测距仪与墙面、墙角、多反射面物体的间距d1，步骤c02中测距仪与另一测距仪的间距应当一致。

经标定后，将获得探测仪的回波个数限定值n，若探测仪单次测量获得的回波个数大于n，说明探测仪发生故障，或外部有其他干扰波存在，严重影响距离探测结果。

d：依次判断各回波的宽度值tj是否小于限定值t2，其中j∈(1,2,3……，n)；若tj<t2，判定第j回波为干扰波，剔除该回波信息，有效回波个数n减少一个；若tj≥t2，判定第j回波为有效回波，

待所有回波的宽度值tj均完成判定后，进入步骤e。

限定值t2根据探测需求、测距仪性能及参数选定。当安全性要求高，不能遗漏任何障碍物时，t2可以为0。本实施例中，由于雨雪天气的户外环境中，无其他障碍物的情况下也能测得回波，回波的宽度值均小于100μs，故本申请中t2取值为100μs。

e：设定a＝1；

f：计算第a回波与第a+1回波之间的时间间隔δta，

δta＝t(a+1)1-ta1-ta

t(a+1)1为第a+1回波的回波时间，ta1为第a回波的回波时间，ta为第a回波的宽度；

判断δta是否在限定时间间隔范围内，若δta＞t3，将第a回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤k；若0<δta≤t3，进入步骤g；

g：按下式计算相邻两个有效回波的宽峰比得到ka，ka+1及ka合，

ta为第a回波的宽度，aa为第a回波的波峰值，ka为第a回波的宽峰比，δta为第a回波与第a+1回波之间的时间间隔，ta+1为第a+1回波的宽度，aa+1为第a+1回波的波峰值，ka+1为第a+1回波的宽峰比，ta合为第a回波与第a+1回波合并的宽度；ka合为第a回波与第a+1回波合并的宽峰比；

h：判断回波的宽度、宽峰比是否匹配，

如果第a回波的宽峰比与其宽度匹配，第a+1回波的宽峰比与其宽度也匹配，这说明第a回波、第a+1回波的回波信息均符合障碍物标定结果，由于只需获得间距最小的障碍物信息，故只将第a回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤k；

如果第a回波、第a+1回波中仅一个回波的宽峰比与其宽度匹配，两个回波合并的宽度与宽峰不匹配，这说明第a回波与第a+1回波中仅一个回波的信息为有效障碍物信息，且第a回波、第a+1回波不是同一障碍物的回波，因此，将宽峰比与其回波宽度匹配的回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤k；

如果第a回波、第a+1回波中存在宽峰比与其宽度不匹配的回波，而两个回波合并的宽峰比与宽度匹配，这说明第a回波、第a+1回波是同一障碍物反射的回波，因此，将两个回波合并后的信息输出为与有效障碍物信息，也就是将第a回波的回波时间作为合并回拨的回波时间，ta合作为合并回波的宽度，max(aa,aa+1)作为合并回波的波峰值，进入步骤k；

如果第a回波、第a+1回波及两个回波合并后的宽度与宽峰比均不匹配，这说明第a回波、第a+1回波均不是有效障碍物的回波，两回波也不是同一障碍物反射的回波，故剔除第a回波、第a+1回波的信息，进入步骤j；

j：判断是否存在第a+2、a+3回波，

如果存在第a+2、a+3回波，将原第a+2回波作为新的第a回波，原第a+3回波作为新的第a+1回波，并依次更新剩余回波的信息，回到步骤f；

如果仅存在第a+2回波，计算第a+2回波的宽峰比，判断第a+2回波的宽峰比与宽度是否匹配，若匹配，输出第a+2回波的信息为有效障碍物信息，若不匹配，进入步骤k；

如果不存在第a+2回波，进入步骤k；

k：结束本次回波处理。

本实施例在对障碍物进行距离判断时，能够排除非直接反射的回波干扰，获得更为准确的障碍物距离信息，从而更准确地定位出障碍物的位置。

实施例二

回波处理获得所有的有效障碍物信息，具体流程如附图6所示。

本实施例与实施例一的不同之处在于：

步骤f替换为：

计算第a回波与第a+1回波之间的时间间隔δta，

δta＝t(a+1)1-ta1-ta

t(a+1)1为第a+1回波的回波时间，ta1为第a回波的回波时间，ta为第a回波的宽度；

判断δta是否在限定时间间隔范围内，若δta＞t3，将第a回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤i；若0<δta≤t3，进入步骤g。

步骤h、i、j替换为：

h：判断回波的宽度、宽峰比是否匹配，

如果第a回波的宽峰比与其宽度匹配，第a+1回波的宽峰比与其回波宽度也匹配，这说明第a回波、第a+1回波的回波信息均符合障碍物标定结果，然而尚不清楚第a+1回波与第a+2回波是否为同一障碍物的回波，故将第a回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤i；

如果第a回波的宽峰比与其宽度匹配，第a+1回波的宽峰比与其回波宽度不匹配，且两个回波合并的宽度与宽峰不匹配，这说明第a回波与第a+1回波中仅一个回波的信息为有效障碍物信息，且第a回波、第a+1回波不是同一障碍物的回波，因此，将第a回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤i；

如果第a+1回波的宽峰比与其回波宽度相匹配，第a回波的宽峰比与其宽度不匹配，且两个回波合并的宽度与宽峰不匹配，这说明第a+1回波是有效障碍物反射的回波，第a回波不是有效障碍物反射的回波，第a回波与第a+1回波也不是同一障碍物反射的回波，因此，剔除第a回波的信息，将第a+1回波的信息输出为有效障碍物信息，进入步骤j；

如果第a回波、第a+1回波中存在宽峰比与其宽度不匹配的回波，而两个回波合并的宽峰比与宽度匹配，这说明第a回波、第a+1回波是同一障碍物反射的回波，因此，将第a回波、第a+1回波合并后的信息输出为与有效障碍物信息，也就是将第a回波的回波时间作为合并回拨的回波时间，ta合作为合并回波的宽度，max(aj,aj+1)作为合并回波的波峰值，进入步骤j；

如果第a回波、第a+1回波及两个回波合并后的宽度与宽峰比均不匹配，这说明第a回波、第a+1回波均不是有效障碍物的回波，两回波也不是同一障碍物反射的回波，故剔除第a回波、第a+1回波的信息，进入步骤j；

i：判断是否存在第a+2回波，

若存在第a+2回波，将原第a+1回波作为新的未输出的第a回波、原第a+2回波作为新的未输出的第a+1回波，并依次更新剩余回波的信息，回到步骤f；

若不存在第a+2回波，进入步骤k；

j：判断是否存在第a+2、a+3回波，

如果存在第a+2、a+3回波，将原第a+2回波作为新的第a回波，原第a+3回波作为新的第a+1回波，并依次更新剩余回波的信息，回到步骤f；

如果仅存在第a+2回波，计算第a+2回波的宽峰比，判断第a+2回波的宽峰比与宽度是否匹配，若匹配，输出第a+2回波的信息为有效障碍物信息，若不匹配，进入步骤k；

如果不存在第a+2回波，进入步骤k；

k：结束本次回波处理。

实施例三

如附图3、4所示，部分测距仪的发射器发出超声波后，发射器自身将震动一定时长，其余振时长t0与测距仪本身属性相关，能通过标定获得合理的余振时长范围。

采用对这种测距仪进行回波处理，当回波处理仅获得与测距仪间距最小的有效障碍物信息，即采用具有余振的发射器应用于实施例一时，步骤b包括如下步骤：

b1：判断余振时长t01是否在限定范围内，若超出限定范围，判定测距仪存在故障，进入步骤k，若在限定范围一内，进入步骤b2；

b2：判断余振时长t01是否大于比较值t1，

若t01≤t1，如附图3所示，判定第1回波在余振期外测得，有效回波个数n即为测得的回波个数i，进入步骤c，

若t01>t1，如附图4所示，判定第1回波在余振期内测得，将第1回波的信息输出为有效障碍物信息，其中，该障碍物与测距仪的间距为最小检测距离dmin，进入步骤k。

当回波处理获得所有的有效障碍物信息，即采用具有余振的发射器应用于实施例二时，将上述步骤b2替换为：

判断余振时长t0是否大于比较值t1，

若t0≤t1，判定第1回波在余振期外测得，有效回波个数n即为测得的回波个数i，进入步骤c，

若t0>t1，判定第1回波在余振期内测得，有效回波个数n＝i+1，并将第1回波的信息输出为有效障碍物信息，其中，该障碍物与测距仪的间距为最小检测距离dmin，进入步骤c；

实施例四

在获得有效障碍物信息，即获得有效的回波时间与宽度后，进一步处理回波信息，以获得有效障碍物与测距仪的位置关系。

将步骤k替换为：

若输出的有效障碍物信息的数值在大障碍物和/或超大障碍物的特征值范围内，将输出的回波时间用于直接计算障碍物与测距仪的间距；

如图2所示，测距仪a发出探测波后接收对应回波，将该回波信息按照前述实施例处理后输出的回波时间代入s＝vt/2计算，直接得到得到测距仪与障碍物c的间距dac。

若输出的有效障碍物信息的数值在小障碍物和/或常规障碍物的特征值范围内，将输出的回波时间用于代入三角算法计算障碍物与测距仪的间距；

如图1所示，测距仪a发出探测波后探测仪a、b分别接受对应回波，两个测距仪a、b分别按照前述实施例处理后输出的回波时间代入s＝vt/2计算得到dac与dacb，将dac、dacb及已知的dab代入三角算法计算，便能获得障碍物c与测距仪a、b所在安装面的间距。

本实施例根据有效障碍物信息判断障碍物种类后，进一步根据障碍物的特性，选择合适的回波数据处理方法，从而更准确地定位障碍物。

具体如图2所示，能避免将测距仪a测得的dac视为d’ac，并将其与dacb代入三角算法计算得到错误的障碍物距离信息，从而保证障碍物c定位的准确性。