抗干扰的动态测距方法及积水动态监测方法与流程

本发明涉及超声波技术领域，更具体地说，涉及一种抗干扰的动态测距方法，以及一种抗干扰的积水动态监测方法。

背景技术：

传统的超声波测距技术，由于抗干扰能力弱、发射角度大、测量距离近、数值波动较大等不足，导致传统的超声波测距技术只能适用于空旷的场景，在障碍物复杂环境下或者有车辆及移动物体的情况下，容易误报错报，使得传统的超声波测距技术的使用场景有限，并且数据可信度不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗干扰的动态测距方法及积水动态监测方法，抗干扰能力强，实现测量环境自适应。

本发明的技术方案如下：

一种抗干扰的动态测距方法，基于超声波进行实现，步骤如下：

1)进行测量环境检测，具体如下：

1.1)发射超声波脉冲，并接收回波脉冲，判断回波脉冲的信号强度是否满足反射率阈值，如果是，则进入步骤1.3)；如果否，则进入步骤1.2)；

1.2)调整超声波灵敏度和/或发射功率，并接收回波脉冲，判断回波脉冲的信号强度是否满足反射率阈值，如果是，则进入步骤1.3)；否则，返回步骤1.1)；

1.3)判断接收的回波脉冲的数量是否满足反射数量阈值，如果是，则进入步骤1.4)；如果否，则调整数字滤波的过滤参数值，并循环步骤1.3)；

1.4)采集回波时间值t，所述的回波时间值为超声波从发射到接收的时长；

2)基于采集的回波时间值，利用如下公式计算测量物的距离值d：

其中，c为超声波的声速。

作为优选，步骤1.4)中，采集回波时间值t的过程中，判断回波脉冲的信号强度是否满足反射率阈值，如果否，则判定当前采集的回波时间值t为无效值，并忽略；如果是，则判定当前采集的回波时间值t为有效值。

作为优选，步骤1.4)中，采集回波时间值t的过程中，判断接收的回波脉冲的数量是否满足反射数量阈值，如果否，则判定当前采集的回波时间值t为无效值，并忽略；如果是，则判定当前采集的回波时间值t为有效值。

作为优选，针对不同的测量环境预设对应的反射数量阈值，进行测距前，先选定针对当前测量环境的反射数量阈值。

作为优选，将当前测距过程中采集的有效值与上一次测距过程中采集的有效值进行比较，如果值差大于突变阈值，则判定当前采集的回波时间值t为非法值，并忽略；如果是，则判定当前采集的回波时间值t为合法值。

作为优选，步骤1.4)中，进行多次采集回波时间值，获得多个合法值，取其中若干个合法值的平均值，计算测量物的距离值d。

作为优选，将合法值按大小依次排列，取中间若干个合法值的平均值，计算测量物的距离值d。

作为优选，如果合法值的比例小于有效率阈值，则进行如下一项或多项反馈校准：

a)调整超声波灵敏度和/或发射功率；

b)步骤1)中，先设置初始噪声阈值，再采集回波时间值t，并记录各个回波脉冲的信号强度与接收时刻；

如果连续的若干回波脉冲的信号强度满足反射率阈值，且值差小于起伏阈值，则对应的回波脉冲的接收时刻组成的时间段，在所述的时间段内，将初始噪声阈值调整为预设的无干扰噪声阈值；

如果连续的若干回波脉冲的信号强度值差大于起伏阈值，则对应的回波脉冲的接收时刻组成的时间段，在所述的时间段内，将初始噪声阈值调整为预设的有干扰噪声阈值；

如果连续的若干回波脉冲的信号强度不满足反射率阈值，则对应的回波脉冲的接收时刻组成的时间段，在所述的时间段内，将初始噪声阈值调整为预设的强干扰噪声阈值；

c)获取超声波发生的变频器、驱动器与振荡器的谐振频率的频率偏差，基于频率偏差，对振荡器的谐振频率进行校准。

作为优选，所述的b)中，连续的若干回波脉冲的信号强度值差大于起伏阈值的情况下，如果满足反射率阈值的回波脉冲多于不满足反射率阈值的回波脉冲，则有干扰噪声阈值为弱干扰噪声阈值；否则，有干扰噪声阈值为强干扰噪声阈值。

一种抗干扰的积水动态监测方法，利用所述的动态测距方法，进行积水水位动态监测。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的抗干扰的动态测距方法，进行数据采集前，先通过回波脉冲数量以及回波强度分析出场景复杂程度，实现测量环境的自适应，以及干扰滤除，保证数据的准确性。测距过程中，还利用回波强度，或者回波脉冲与当前测量环境的回波脉冲数差异，对采集的数据进行干扰信号的剔除，进一步保证数据的准确性。本发明还通过数据的突变限制，保证数据的合法性，进一步保证测量值的准确性。本发明对于干扰噪声进行实时的动态监测，并且动态设置不同回波强度、不同时间段的噪声阈值，以去除实时出现的干扰噪声，保证测量值的准确性。

本发明所述的抗干扰的积水动态监测方法，基于所述的抗干扰的动态测距方法，实现了对积水水位的动态监测，通过动态调整超声波信号参数将超声波性能最大化，测量回波强度分析干扰特点通过实时采集动态调整，自适应不同场景下的干扰并滤除，通过反馈引入补偿调节超声波参数可以适应复杂场景过滤车辆及移动物体，保证测量结果的准确性。

附图说明

图1是抗干扰的动态测距方法的流程示意图；

图2是测量环境自适应的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

本发明为了解决现有技术存在的抗干扰能力弱、适应场景少、测量结果容易受干扰等不足，提供一种抗干扰的动态测距方法，并基于抗干扰的动态测距方法，提供一种抗干扰的积水动态监测方法，达到了强抗干扰能力，实现测量环境自适应，保证测量结果的准确性。

本发明所述的抗干扰的动态测距方法，基于超声波进行实现，如图1所示，步骤如下：

1)进行测量环境检测，通过回波脉冲数量以及回波强度分析出场景复杂程度，实现测量环境的自适应，如图2所示，具体如下：

1.1)发射超声波脉冲(本实施例中，采用40khz超声波探头发射超声波)，并接收回波脉冲，判断回波脉冲的信号强度是否满足反射率阈值(如回波脉冲的信号强度达到200左右)，如果是，则进入步骤1.3)；如果否(如回波脉冲的信号强度低于150左右，表示测量物的反射面积较少或表面不平整)，则进入步骤1.2)。

1.2)调整超声波灵敏度和/或发射功率，并接收回波脉冲，判断回波脉冲的信号强度是否满足反射率阈值，如果是，则进入步骤1.3)；否则，返回步骤1.1)。即，循环步骤1.1)、步骤1.2)，直至回波脉冲的信号强度满足反射率阈值。

1.3)判断接收的回波脉冲的数量是否满足反射数量阈值，如果是，则进入步骤1.4)；如果否(当前测量环境中存在较多反射物，返回过多的回波脉冲，形成干扰信号)，则调整数字滤波的过滤参数值(如采用小波阈值算法过滤干扰信息)，并循环步骤1.3)，直至接收的回波脉冲的数量满足反射数量阈值。

1.4)采集回波时间值t，所述的回波时间值为超声波从发射到接收的时长。

本实施例中，在数据采集过程中，还利用回波强度，或者回波脉冲与当前测量环境的回波脉冲数差异，对采集的数据进行干扰信号的剔除，进一步保证数据的准确性。具体如下：

步骤1.4)中，采集回波时间值t的过程中，判断回波脉冲的信号强度是否满足反射率阈值，如果否，则判定当前采集的回波时间值t为无效值，并忽略；如果是，则判定当前采集的回波时间值t为有效值。

步骤1.4)中，采集回波时间值t的过程中，判断接收的回波脉冲的数量是否满足反射数量阈值，如果否，则判定当前采集的回波时间值t为无效值，并忽略；如果是，则判定当前采集的回波时间值t为有效值。本实施例中，针对不同的测量环境预设对应的反射数量阈值，进行测距前，先选定针对当前测量环境的反射数量阈值，以满足不同测量环境对于回波脉冲的数量的不同要求。

对于测量物相对稳定的应用场景来而，通常认为测量物的测量结果较稳定，不存在快速突变的情况，例如积水水位，进而，本实施例中，将当前测距过程中采集的有效值与上一次测距过程中采集的有效值进行比较，如果值差大于突变阈值(如预设的信号强度值差)，则判定当前采集的回波时间值t为非法值，并忽略；如果是，则判定当前采集的回波时间值t为合法值。

2)基于采集的回波时间值t，利用如下公式计算测量物的距离值d：

其中，c为超声波的声速。

本实施例中，进行高频次数据采集，即通过多次测量，获得一个测量结果，以保证测量结构的准确性。具体实施时，步骤1.4)中，进行多次采集回波时间值，获得多个合法值，取其中若干个合法值的平均值，计算测量物的距离值d。

对于测量结果，本实施例中，将合法值按大小依次排列，取中间若干个合法值的平均值，计算测量物的距离值d。

本发明还动态实时监测当前测量环境中的干扰噪声，如果合法值的比例小于有效率阈值(如设置为60％)，则进行如下一项或多项反馈校准：

a)调整超声波灵敏度和/或发射功率。

b)步骤1)中，先设置初始噪声阈值，再采集回波时间值t，并记录各个回波脉冲的信号强度与接收时刻；并在一次测距的总时长内，对噪声阈值进行分段式动态调整，以满足不同回波情况的不同需求，最终保证测量结构的准确性。具体如下：

通常一次发射，将发射多个超声波脉冲，接收时，将接收对应数量的回波脉冲。如果连续的若干回波脉冲的信号强度满足反射率阈值，且值差小于起伏阈值(表示回波脉冲的信号强度起伏较小)，则对应的回波脉冲的接收时刻组成的时间段，在所述的时间段内，将初始噪声阈值调整为预设的无干扰噪声阈值；

如果连续的若干回波脉冲的信号强度值差大于起伏阈值(表示回波脉冲的信号强度起伏较大)，则对应的回波脉冲的接收时刻组成的时间段，在所述的时间段内，将初始噪声阈值调整为预设的有干扰噪声阈值。其中，如果满足反射率阈值的回波脉冲多于不满足反射率阈值的回波脉冲，则有干扰噪声阈值为弱干扰噪声阈值；否则，有干扰噪声阈值为强干扰噪声阈值；

如果连续的若干回波脉冲的信号强度不满足反射率阈值，则对应的回波脉冲的接收时刻组成的时间段，在所述的时间段内，将初始噪声阈值调整为预设的强干扰噪声阈值。

其中，噪声阈值从小到大依次为：无干扰噪声阈值(如回波脉冲的信号强度的20％)、弱干扰噪声阈值(如回波脉冲的信号强度的15％)、强干扰噪声阈值(如回波脉冲的信号强度的10％)。

c)获取超声波发生的变频器、驱动器与振荡器的谐振频率的频率偏差，基于频率偏差，对振荡器的谐振频率进行校准，以解决在使用过程中，由于环境因素或仪器自身原因形成的频率误差。

通过以上多种反馈校准，对超声波参数进行持续反馈调整，达到动态自适应复杂环境下的抗干扰能力。

基于所述的动态测距方法，本发明还提供一种抗干扰的积水动态监测方法，利用所述的动态测距方法，进行积水水位动态监测。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。