一种回波模拟仿真系统及方法与流程

本发明涉及仿真测试技术领域，尤其涉及一种回波模拟仿真系统及方法。

背景技术：

在自动泊车过程中，通常采用超声波传感器以适当的参考模型检测车体两侧的障碍物距离，并根据障碍物距离确定是否有合适的泊车空间。该障碍物距离的测距原理为超声波发射器向某一方向发射超声波，同时在发射时刻开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波立即停止计时，通过计时结果得到超声波从发射到接收的时间差t，利用公式d＝vt/2计算障碍物距离，其中，d为发射器与障碍物之间的距离；v为超声波在介质中的传播速率。

传统超声波传感器是固定频率的波形，为了提高识别的精度现在有些超声波传感器是基于频率编码的波形，但是由于技术比较先进，超声波具体的波形特性并未向原始设备生产商透露，进而无法进行物理回波的模拟。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种回波模拟仿真系统，具体包括：

一测距单元，用以提供一探测波；

一场景仿真单元，用以实时输出一虚拟场景中的虚拟车辆与虚拟障碍物之间的虚拟障碍物距离；

一波形模拟单元，连接所述场景仿真单元，用以捕获所述探测波，根据所述虚拟障碍物距离生成与所述探测波对应的模拟回波并发送至所述测距单元，所述测距单元通过所述模拟回波检测所述虚拟障碍物距离。

优选的，所述测距单元包括：

一超声传感器，用以发出所述探测波并接收所述模拟回波；

一控制器，连接所述超声传感器，用以根据所述探测波和所述模拟回波处理得到所述虚拟障碍物距离。

优选的，所述波形模拟单元包括：

一探测波处理模块，用以捕获所述探测波并处理得到所述探测波的发出时间和波形数据；

一回波模拟模块，连接所述探测波处理模块，用以根据所述波形数据进行回波模拟得到所述模拟回波；

一计算模块，连接所述探测波处理模块，用以根据所述发出时间和所述虚拟障碍物距离处理得到回波发送时间；

一回波模拟探头，分别连接所述回波模拟模块和所述计算模块，用以根据所述回波发送时间将所述模拟回波发送至所述测距单元。

优选的，所述超声传感器与所述回波模拟探头对向设置，所述超声传感器与所述回波模拟探头之间的距离不大于一预定距离。

优选的，所述预定距离为20mm。

优选的，所述探测波处理模块包括：

一波形存储器，用以保存预先获取的若干波形数据；

一波形接收子模块，用以捕获所述探测波并处理得到所述探测波的所述发出时间；

一波形匹配子模块，分别连接所述波形存储器和所述波形接收子模块，用以根据所述探测波于所述波形存储器中进行匹配，得到所述探测波的所述波形数据。

优选的，所述探测波处理模块包括：

一采集子模块，用以实时采集所述探测波得到所述探测波的所述波形数据和所述发出时间。

优选的，所述计算模块包括：

一第一子模块，用以根据所述虚拟障碍物距离处理得到一探测波传输时间；

一第二子模块，连接所述第一子模块，用以根据所述发出时间和所述探测波传输时间计算得到所述回波发出时间。

本申请还提供一种回波模拟仿真方法，包括以下步骤：

步骤s1、提供一探测波；

步骤s2、实时获取一虚拟场景中的虚拟车辆与虚拟障碍物之间的虚拟障碍物距离；

步骤s3、捕获所述探测波，根据所述虚拟障碍物距离生成与所述探测波对应的模拟回波并输出，以检测所述虚拟障碍物距离。

优选的，提供一超声传感器，所述超声传感器提供所述步骤s1中的所述探测波，并接收所述步骤s3中输出的所述模拟回波。

优选的，还提供一控制器，连接所述超声传感器，所述控制器根据所述步骤s1提供的所述探测波和所述步骤s3输出的所述模拟回波处理得到所述虚拟障碍物距离。

优选的，所述步骤s3包括：

步骤s31、接收所述探测波并处理得到所述探测波的发出时间和波形数据；

步骤s32、根据所述波形数据进行回波模拟得到所述模拟回波，同时根据所述发出时间和所述虚拟障碍物距离处理得到回波发送时间；

步骤s33、根据所述回波发送时间发送所述模拟回波。

优选的，提供一回波模拟探头，所述步骤s33中，通过所述回波模拟探头发送所述模拟回波。

优选的，所述超声传感器与所述回波模拟探头对向设置，所述超声传感器与所述回波模拟探头之间的距离不大于一预定距离。

优选的，所述预定距离为20mm。

优选的，所述步骤s31包括：

步骤s311、接收所述探测波并处理得到所述探测波的所述发出时间；

步骤s312、根据所述探测波与预先获取的若干波形数据进行匹配，得到所述探测波的所述波形数据。

优选的，所述步骤s31中，提供一采集子模块，通过实时采集的方式获取所述探测波的所述波形数据和所述发出时间。

优选的，所述步骤s32中，提供一回波发送时间的计算过程，包括：

步骤a1、根据所述虚拟障碍物距离处理得到一探测波传输时间；

步骤a2、根据所述发出时间和所述探测波传输时间计算得到所述回波发出时间。

本申请还提供一种自动泊车测试系统，包括上述的回波模拟仿真系统，所述自动泊车测试系统包括：

一车辆模拟单元，所述测距单元设置于所述车辆模拟单元；

一泊车路径计算单元，连接所述测距单元，用以根据所述虚拟障碍物距离计算泊车路径。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：实现虚拟测试场景下的虚拟障碍物的超声波回波模拟，能够进行有限种固定频率或变频波形的回波模拟仿真，以及实时模拟仿真未知波形的模拟回波，实现虚拟障碍物距离的检测，无需实车参与测试，有效降低测试成本。

附图说明

图1为本申请的较佳的实施方式中，一种回波模拟仿真系统的结构示意图；

图2为本申请的较佳的实施方式中，探测波处理模块的结构示意图；

图3为本申请的较佳的实施方式中，探测波处理模块的结构示意图；

图4为本申请的较佳的实施方式中，一种回波模拟仿真方法的流程示意图；

图5为本申请的较佳的实施方式中，回波模拟过程的流程示意图；

图6为本申请的较佳的实施方式中，波形数据的获取方法的流程示意图；

图7为本申请的较佳的实施方式中，回波发出时间的计算方法的流程示意图；

图8为本申请的较佳的实施方式中，自动泊车测试系统的结构示意图；

图9为本申请的较佳的实施方式中，超声传感器及控制器的设置位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本申请并不限定于该实施方式，只要符合本申请的主旨，则其他实施方式也可以属于本申请的范畴。

本申请的主旨是提供虚拟测试场景下的虚拟障碍物的超声波回波模拟，以下提供的具体技术手段均为实现本申请主旨的举例说明，可以理解的是，在不冲突的情况下，以下所举的实施例，及实施例中的技术特征均可相互组合。并且，不应当以用于说明本申请可行性的实施例来限定本申请的保护范围。

本申请的优选的实施方式中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种回波模拟仿真系统，如图1所示，具体包括：

一测距单元1，用以提供一探测波；

一场景仿真单元2，用以实时输出一虚拟场景中的虚拟车辆与虚拟障碍物之间的虚拟障碍物距离；

一波形模拟单元3，连接场景仿真单元2，用以捕获探测波，根据虚拟障碍物距离生成与探测波对应的模拟回波并发送至测距单元1，测距单元1通过模拟回波检测虚拟障碍物距离。

作为优选的实施方式，上述测距单元1可以包括超声传感器11和控制器12，在进行回波模拟仿真测试时，上述超声传感器11用以发出探测波，在超声传感器11的前方不设置真实障碍物，即该探测波发出后不会接收到真实障碍物反射的回波，而虚拟场景中探测到的虚拟车辆与虚拟障碍物之间的虚拟障碍物距离，控制器12无法进行检测。为使得控制器12能够实现对虚拟场景中的虚拟障碍物距离的检测，作为优选的实施方式，通过设置波形模拟单元3捕获超声传感器11发出的探测波，并对该探测波进行回波模拟，具体地，通过结合虚拟场景中探测到的虚拟障碍物距离，控制发出模拟得到的模拟回波的时间，上述超声传感器11接收该模拟回波，进而连接超声传感器11的控制器12能够根据探测波和模拟回波处理得到虚拟障碍物距离，以实现虚拟障碍物距离的检测。

作为优选的实施方式，波形模拟单元3包括：

一探测波处理模块31，用以捕获探测波并处理得到探测波的发出时间和波形数据；

一回波模拟模块32，连接探测波处理模块31，用以根据波形数据进行回波模拟得到模拟回波；

一计算模块33，连接探测波处理模块31，用以根据发出时间和虚拟障碍物距离处理得到回波发送时间；

一回波模拟探头34，分别连接回波模拟模块32和计算模块33，用以根据回波发送时间将模拟回波发送至测距单元。

作为优选的实施方式，上述波形模拟单元3可以设置在一超声仿真板卡上，该超声仿真板卡上还可以设置对应于超声传感器11的回波模拟探头34，该回波模拟探头34与超声传感器11的超声探头对向设置，且超声传感器11与回波模拟探头34之间的距离需要足够小，以保证超声传感器11能够正常发出探测波，不会接收到外部障碍物给出的反射波造成干扰，同时能够接收到回波模拟探头34发出的模拟回波。作为优选的实施方式，上述距离不大于一预定距离，该预定距离可以为20mm。作为更为优选的实施方式，该距离可以是1mm，在该距离下，超声传感器11的探测波从发出到被波形模拟单元3捕获所传输的路径足够短，因此，可以将超声传感器11的探测波的发出时间作为波形模拟单元3捕获到该探测波的接收时间，进而有效提升虚拟障碍物距离检测的精度。

作为优选的实施方式，根据超声传感器11的固有特性，超声传感器11接收的模拟回波需要与发射的探测波的波形数据一致，否则将因无法产生共振而影响模拟回波的接收效果，甚至无法接收到模拟回波，该波形数据包括但不限于波形频率等。因此，在进行回波模拟之前，需要获取超声传感器11发出的探测波的波形数据，以保证回波模拟得到的模拟回波的波形数据与探测波的波形数据相符，进而该模拟回波能够被超声传感器11正常接收。在模拟得到模拟回波的同时，还要确定该模拟回波的回波发送时间，即确认何时发送该模拟回波，以使得超声传感器11接收该模拟回波后，控制器12能够根据该模拟回波的接收时间以及探测波的发出时间处理得到一障碍物距离，且该障碍物距离与虚拟障碍物距离一致，进而控制器12实现对虚拟障碍物距离的检测。

作为优选的实施方式，波形模拟单元3在获取虚拟障碍物距离后，根据超声传感器的测距原理，由于声波在介质中的传播速率是已知量，利用公式t＝2d/v能够计算得到探测波传输时间t，其中，d为虚拟障碍物距离，v为探测波在介质中的传播速率。在获取上述探测波传输时间t以及探测波的发出时间后，则可以计算得到回波发出时间。作为优选的实施方式，将探测波处理模块31接收到的探测波的结束时刻作为探测波的发出时间，回波发出时间与探测波的发出时间之间的时间差即为上述探测波传输时间。

作为优选的实施方式，可以通过设置波形存储器的方式实现探测波的波形数据的获取，该设置波形存储器的方式适用于有限种探测波的回波需求，即在进行探测波的回波模拟之前，已经预先获取探测波的所有可能的波形数据，在进行回波模拟时，通过获取的探测波与预先获取的所有波形数据进行匹配，以确认该探测波的波形数据。在需要增设超声传感器11，且该超声传感器11的波形数据未出现在波形存储器中时，只需对波形存储器中的波形数据进行更新，无需另外新增其他硬件设备，有效降低测试成本。此时，如图2所示，探测波处理模块31可以包括：一波形存储器311，用以保存预先获取的若干波形数据；作为优选的实施方式，各波形数据的获取可以采用示波器采集各种超声传感器11发出的探测波的方式，随后将采集的波形数据保存在波形存储器311中，以供后续进行波形匹配使用。探测波处理模块31还包括：一波形接收子模块312，用以接收探测波并处理得到探测波的发出时间；一波形匹配子模块313，分别连接波形存储器311和波形接收子模块312，用以根据探测波于波形存储器中进行匹配，得到探测波的波形数据。

作为优选的实施方式，由于现有的超声传感器11种类繁多，且越来越多采用基于频率编码的波形，在未能预先获取到超声传感器11的波形数据的情况下，也可以采用实时采集的方式获取探测波的波形数据和发出时间，通过实时采集的方式，无需预先进行波形数据的采集，适用于各种类探测波的回波需求。作为优选的实施方式，如图3所示，探测波处理模块31可以包括一采集子模块314，用以实时采集探测波得到探测波的波形数据和发出时间。该实时采集的方式可以通过在探测波的一个周期内采集多点数据的方式进行，作为优选的实施方式，可以在探测波的一个周期内采集至少五个采样点的波形数据，包括三个过零采样点、一个波峰采样点和一个波谷采样点，从而能够通过上述五个采样点的波形数据获取探测波的波幅参数和频率参数等，进而能够根据上述五个采样点的波形数据进行回波模拟，优选采用matlab工具进行回波模拟。进一步优选的，由于探测波在空气等介质中传播时会出现衰减，在进行回波模拟时，可以对采集到的波幅参数进行衰减处理，实现能量缩减，以使得模拟回波能够进一步贴合真实回波。

作为优选的实施方式，计算模块33包括：

一第一子模块331，用以根据虚拟障碍物距离处理得到一探测波传输时间；

一第二子模块332，连接第一子模块331，用以根据发出时间和探测波传输时间计算得到回波发出时间。

本申请还提供一种回波模拟仿真方法，如图4所述，包括以下步骤：

步骤s1、提供一探测波；

步骤s2、实时获取一虚拟场景中的虚拟车辆与虚拟障碍物之间的虚拟障碍物距离；

步骤s3、捕获探测波，根据虚拟障碍物距离生成与探测波对应的模拟回波并输出，以检测虚拟障碍物距离。

作为优选的实施方式，提供一超声传感器，超声传感器提供步骤s1中的探测波，并接收步骤s3中输出的模拟回波。

作为优选的实施方式，还提供一控制器，连接超声传感器，控制器根据步骤s1提供的探测波和步骤s3输出的模拟回波处理得到虚拟障碍物距离。

作为优选的实施方式，如图5所示，步骤s3包括：

步骤s31、接收探测波并处理得到探测波的发出时间和波形数据；

步骤s32、根据波形数据进行回波模拟得到模拟回波，同时根据发出时间和虚拟障碍物距离处理得到回波发送时间；

步骤s33、根据回波发送时间发送模拟回波。

作为优选的实施方式，提供一回波模拟探头，步骤s33中，通过回波模拟探头发送模拟回波。

作为优选的实施方式，超声传感器与回波模拟探头对向设置，超声传感器与回波模拟探头之间的距离不大于一预定距离。

作为优选的实施方式，预定距离为20mm。

作为优选的实施方式，如图6所示，步骤s31包括：

步骤s311、接收探测波并处理得到探测波的发出时间；

步骤s312、根据探测波与预先获取的若干波形数据进行匹配，得到探测波的波形数据。

作为优选的实施方式，步骤s31中，提供一采集子模块，通过实时采集的方式获取探测波的波形数据和发出时间。

作为优选的实施方式，步骤s32中，提供一回波发送时间的计算过程，如图7所示，包括：

步骤a1、根据虚拟障碍物距离处理得到一探测波传输时间；

步骤a2、根据发出时间和探测波传输时间计算得到回波发出时间。

本申请还提供一种自动泊车测试系统，包括上述的回波模拟仿真系统，如图8所示，自动泊车测试系统包括：

一车辆模拟单元4，测距单元1设置于车辆模拟单元4；

一泊车路径计算单元5，连接测距单元1，用以根据虚拟障碍物距离计算泊车路径。

作为优选的实施方式，如图9所示，测距单元1可以包括超声传感器11和控制器12，通过车辆模拟单元4可以模拟用于自动泊车测试的实体车辆的外壳形状，上述测距单元1的超声传感器11对应于实体车辆中的设置位置分别安装在车辆模拟单元4的各处，作为优选的实施方式，超声传感器11可以是12个，包括设置在车辆模拟单元4模拟的车头位置的四个超声传感器，设置在车辆模拟单元4模拟的车尾位置的四个超声传感器，以及设置在车辆模拟单元4模拟的车两侧位置的四个超声传感器，对应于每个超声传感器11分别设置一回波模拟探头34。

作为优选的实施方式，在进行自动泊车测试时，需要在虚拟场景中设置虚拟车辆，该虚拟车辆中的虚拟传感器的设置位置与车辆模拟单元4中各超声传感器11的设置位置一一对应，还需要根据测试条件在该虚拟场景中设置虚拟泊车位，以及虚拟泊车位周围的虚拟障碍物。以倒车入库的泊车场景为例，该虚拟泊车位的相邻两侧可以均设置一泊车位，对应的虚拟障碍物可以是停靠在相邻两侧的两泊车位上的其他虚拟车辆；可以在该虚拟泊车位的一侧设置一泊车位，另一侧设置一建筑墙体或柱体，对应的虚拟障碍物可以是停靠在泊车位的其他虚拟车辆，以及虚拟建筑墙体或柱体；也可以将该虚拟泊车位设置为一个独立泊车位，即对应的虚拟障碍物可以是设置在该独立泊车位两侧的虚拟建筑墙体或柱体。

作为优选的实施方式，在进行自动泊车测试，测距单元1的控制器12能够通过超声传感器11发出的探测波以及接收到的模拟回波检测虚拟场景中的虚拟车辆与虚拟障碍物之间的虚拟障碍物距离，进而通过泊车路径计算单元5计算泊车路径，实现自动泊车测试。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。