CN101625411B - 用于动态测定噪声电平的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于动态测定噪声电平的方法，在该方法中，使阈值12与一传感器的信号输出动态地适配，用于借助回波方法，特别是借助超声波方法进行距离测量，其中，一发送信号2被辐射到的物体以回波信号5的形式发送回该传感器，其中，发送该发送信号和接收该回波信号之间的时间间距被测量，其中，在该噪声信号的衰减的时刻和该第一回波信号5到达的时刻之间定义一噪声样本的时间间隔6，在该时间间隔6内一阈值13被逐步地改变，其中，通过与当前的阈值13的比较来监测该输入噪声信号，其中，只要该输入噪声信号低于该当前的阈值，则该当前的阈值13下降，并且其中，只要该输入噪声信号高于该当前的阈值13，则该当前的阈值13上升，其中，该时间间隔6内的当前的阈值13被记录，并且其中，由所记录的阈值13求得一阈值特征曲线12。

Description

用于动态测定噪声电平的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、使阈值与一用于借助回波方法的距离测量的传感器的信号输入动态地适配的方法。本发明还涉及一种传感器，特别是一种超声波传感器，其作为用于应用该方法的驾驶员辅助系统的一部分。

背景技术

这种尤其是基于超声波的、用于检测环境的驾驶员辅助系统为了进行距离测量公知地使用一种脉冲-回波方法，在该方法中，由发送时刻和接收时刻之间的信号传播时间来计算传感器和引起回波的物体之间的距离。这种测量得到作为用于泊车支持、总角度识别、狭窄街道中的汽车轮胎保护、有威胁碰撞的识别和/或纵向调节的系统中的基础的数据。

DE 19645339A1公开了一种用于距离测量的方法，在该方法中，在传感器中通过一些阈值采样点定义一个静态的阈值特征曲线。在测量时，借助于一个比较器，将所接收信号的振幅与相应的阈值进行比较。只有当该振幅超过该阈值时，传感器才向分析处理单元报告该接收信号。

通过预给定阈值可以调节系统的特性。通过预给定高的阈值，系统可以被调节为识别或者抑制干扰源。但高的阈值伴随着系统低的灵敏度和小的有效距离。另一方面，通过预给定低的、尽可能接近噪声临界值的阈值，可以保证传感器高的灵敏度和尽可能大的有效距离。即使在测量周期的末尾还可以测量到反射的回波，也得到大的有效距离。因为振幅与信号传播时间成反比，所以反射的回波的振幅在测量周期的末尾特别小。但是在使用低阈值的情况下，干扰源不被抑制。

为了能够将这种系统用于尽可能远的距离，信号噪声的知识是基本的，因为借助于所述知识可以预给出尽可能适配的阈值特征曲线。在此，对于确定噪声电平，需要区分有用信号、即反射的回波与噪声。为了描述该噪声的特性，公知的方法通过解调该信号确定包络并且将由此推导出的参数用于后续的处理步骤。这种工作方式伴随着增大的复杂性和相应的成本。

也必须注意到，传感器所工作的动态环境对噪声电平的高度产生影响。反射的回波的振幅公知地尤其取决于空气温度和潮湿度。在更高速度时，传感器例如在雨天也被水沫、雾、滚动噪声和气流干扰。所述干扰产生并不存在的、但被传感器感知的“幽灵物体”，其被识别为物体并且导致系统的错误行为。为了减弱这种干扰，必须进行阈值对相应的噪声环境的适配。

DE 10 2004 006 015 A1中描述了一种用于确定和调节适应性的阈值的方法，其中，在脉冲循环间隔的末尾提取干扰电平样本并由此确定阈值。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种用于动态地适配阈值特征曲线的方法，该方法可以以低的结构性耗费和低的成本来使用，并且借助于该方法实现了高动态时的高灵敏度并且由此实现了尽可能大的有效距离。

通过具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求10所述特征的超声波传感器特征解决了所述任务。在各从属权利要求中给出了有利的实施方式。

根据本发明的方法的基本思想在于：首先，在一个测量周期内，即在发送信号和接收回波之间的时间段内，定义一个时间间隔，随后也称为“噪声间隔”，在该时间间隔内尽可能地保证，不接收由大块物体导致的回波。在所述时间间隔内，通过“扫描”噪声电平，即通过连续地改变阈值并且比较当前的阈值和当前输入噪声电平，记下一个以一定方式跟随该噪声电平的时间上的变化的阈值序列。由至少部分地被记录的测量来确定一个阈值特征曲线，该阈值特征曲线可以作为当前测量周期内的和/或作为之后测量周期的测量的基础。

根据本发明，通过在时间间隔内以已定义的步长改变阈值并且在此监测输入噪声信号与当前的阈值的大小关系来进行扫描。在此，为了逼近噪声电平，只要输入噪声信号低于当前的阈值，则减低该阈值。另一方面，只要输入噪声信号高于当前的阈值，则“紧随”该噪声电平提高该阈值。在所述时间间隔内，记录所述阈值等级中的至少一些。由所记录的阈值随后可以求得一个阈值曲线。

有利的是，用于比较器的阈值连续地以锯齿形或者以相应已定义高度的等长的阶梯形被降低或者被升高。

因为这样求得的阈值特征曲线接近于实际的噪声电平，所以该阈值特征曲线至少可以在当前测量周期内，但也可以用于之后的测量周期作为借助回波方法的距离测量的基础。作为根据本发明的操作方法的结果，得到一个阈值特征曲线，该阈值特征曲线在理想情况下位于噪声背景的“连续”部分之上并且位于短时间的高频尖峰之下。在之后的信号分析处理中，该高频尖峰借助于滤波电子装置被滤除。

有利的是，在一个噪声间隔内对噪声电平进行扫描，该噪声间隔位于测量周期内的开始和/或末尾。这样可以保证，不出现例如由位于传感器附近的悬挂联接装置造成的干扰性回波。然而如果出现干扰性回波，这样的回波因为高的振幅可以被清楚地识别。例如提出，该噪声间隔被设置在发送触发之后的1.5毫秒和3.5毫秒之间的时间段内。当该噪声间隔位于测量周期的末尾时，由此求得的阈值特征曲线才可以被用于下一个测量周期。

特别有利的是，当根据本发明的方法利用以前位于传感器中的元件，特别是比较器和单稳态触发电路(单稳态触发器)时，降低了成本。借助于这些传感器，可以在每一个测量周期中同时完成根据本发明的噪声测量和对物体的距离测量。所述根据本发明的方法因此特别有利，因为它可以仅借助于通常所使用的传感器的组件来实施。

有利的是，也使用一个双稳态触发电路，尤其是传感器的单稳态触发器来用于测量，以便标记上升的或者下降的阈值的状态。当变化的阈值的方向改变时，该双稳态触发电路的信号输出被改变。上升的序列——这意味着输入噪声信号超过当前的阈值——例如可伴随着单稳态触发器输出的置高。有利的是，当该单稳态触发器具有所述状态之一时，才记录阈值的该序列。尤其是在单稳态触发器输出被置高时，仅记录上升的阈值。通过这种“选择的”方式可以保证，仅记录对分析处理有意义的阈值。此外，供使用的存储器区域相对较少，使得待存储阈值的减少因为这个原因也是有利的。

当比较器记录到阈值超过噪声信号时，这些阈值被存储。在噪声间隔上的测量之后，由所存储的值例如通过求平均求得阈值特征曲线。这样的测量可以在一个测量间隔内进行，其中，所求得的阈值特征曲线然后被用于多个其它的测量间隔。但有利的是，对每个测量间隔单独地进行这样的测量。

与之前的方法相比，根据本发明的方法的优点是：不必使用复杂的形式，特别是不必通过解调求得包络。由此可以节省耗费和显著地减低传感器中的复杂性。此外有利的是，可以实现阈值的变换并因此可以实现实时地与相应的传感器测量直接相关的并且自动由传感器完成的灵敏度调节。通过阈值的适配和干扰的滤波，有用信号可以可靠地对应重要相关的物体，使得系统的可靠性可以被显著地提高。

已计算的噪声电平可以在每个测量周期之后被传输至分析处理单元。该已计算的噪声电平可以在过渡振荡过程中或者在每个测量间隔之后和下一个发送间隔之前作为位序列被发送。5位的位序列已经能够编码31个电平高度和1个错误状态。

附图说明

在附图中示出了根据本发明的方法，下面在说明进一步细节的情况下对其进行详细描述。附图示出：

图1：一个完整的测量周期，

图2：在该测量周期内的一个噪声间隔，

图3：在该噪声间隔内的噪声电平的扫描，以及

图4：在扫描过程中的单稳态触发器输出的状态。

具体实施方式

公知的回波信号探测器具有两个比较器，借助于它们的阈值可以调节用于所接收的信号振幅的分析处理窗口。在当前情况下，所述比较器的阈值与所接收信号的零位对称，因此借助于一个数模转换器不断地改变该分析处理窗口。在此，该窗口比较器的功能是，一旦输入信号超过该窗口的边缘，则输出一个信号。为了得到与超声波载波信号的过零点无关的输出信号，每个单独的信号被延长待处理的最小频率的至少半个周期。在此，这通过开关时间约为17微秒的单稳态触发器来实现。

图1中示出了一个测量周期1，该测量周期从一个第一发送脉冲2直到一个第二发送脉冲3。相对以秒为单位的时间，在此绘出以伏特为单位的所接收信号的电压变化。所示系统具有约30毫秒的测量周期。可以清楚地识别出对应于待探测物体的回波5之前的地面回波4。在此有：该测量周期1越长，越远范围的物体可被测定方位，因为在下一个信号脉冲之前直到接收到回波留有足够的时间。可以看出的是，这个信号特性在第二发送脉冲3之后重复出现。

为了借助所述测量获得尽可能大的有效距离，因为发送脉冲的信号强度和回波的信号强度随着距离的增大而减小，所以对于所述比较器的阈值必须尽可能地接近噪声临界值(“噪声电平”)。一方面必须尽可能好地，另一方面必须有效地，即在不截断信号部分的情况下减弱该噪声。超过阈值曲线的高频的噪声尖峰可以通过后面连接的电子电路滤除。在此，在传感器中所测量的信号电平被理解为噪声电平，在该电平上没有调制“实际的”、由发送脉冲产生的回波。在这个意义上，它们不是“实际的”回波，而是例如通过降雨或者类似物产生并且具有小振幅的相应的“噪声”特性。图2示出了噪声电平的一个例子。

该噪声电平优选地在1.5毫秒和3.5毫秒之间的噪声间隔内通过调节比较器阈值来确定，该比较器阈值形成一个传感器特征曲线。这样图1在测量周期1的开始也示出了一个约4毫秒的时间间隔6，该时间间隔用作噪声间隔6。在图2中，借助于相应展开的坐标轴绘出了噪声间隔6的放大表示图。在低于50mV的较小振幅处可以识别出高频特性。在无回波的噪声样本6中，在传感器膜片的过渡振荡之后和地面回波到达之前可以对该噪声电平进行扫描。在这个区域中，反射的回波根据本发明具有大于200mV的高振幅并且由此将被容易地识别为有用信号。较小的振幅对应于噪声。为了对第一次测量进行确认，还可以附加地在该测量周期1过程中截取一个另外的噪声间隔，这时，后面的区域供使用。

通过以下借助于图3和图4解释的步骤求得该噪声电平和因此而获得的阈值特征曲线：

首先，比较器中的阈值以在这种情况下为100mV的输入值7开始，随后该阈值逐级地逐渐下降。所述阶梯状的当前的阈值13被保持20μs并且因此保持长于比较器输出的最短持续时间并且因此保持最小的峰值宽度。当阈值13的当前已调节好的等级没有被噪声电平的峰值超过时，则该等级被继续降低，其中，在本例中每步分别下降8mV。以这样的方式，阈值逐级地接近噪声电平9。一旦该阈值13低于噪声电平9的振幅信号，在此在点8约0.075V处，这被记录在比较器中并且单稳态触发器被置高。接通(逻辑1)通过图4中的矩形10标示出。在单稳态触发器被置高时，各个阈值13被存储在寄存器中。

检测该比较器输出一个信号的持续时间。由此确定一个最小持续时间，在该最小持续时间内噪声振幅超过已调节好的阈值13。如果这个持续时间超出一预给定的、例如20μs的时间段，则阈值13不再下降而是逐步上升。该阈值13的逐步上升一直进行，直到该阈值再次大于当前的噪声。然后，比较器或者单稳态触发器回到逻辑0的静止位置。发生过渡时的阈值13同样被存储在寄存器中。监测在其间没有比较器信号的持续时间。如果在这个时间内没有信号出现，那么阈值电压重新逐步下降并且该循环重新开始。在以这样的方式扫描了所述噪声间隔之后，所有被超过的阈值和时间长度被存储在寄存器中。借助于这些值，噪声电平可以被确定为例如中间值、均值或者第二大的被存储的值。一个这样被平均的噪声电平11在图4中以虚线示出。然后，借助所述噪声电平11可以确定阈值特征曲线12(图3和图4)。该阈值特征曲线可以由所求得的噪声电平11加上偏移值得出。

Claims (14)

1.用于使阈值（13）与一传感器的信号输入动态地适配的方法，该传感器用于借助回波方法来测量距离，其中，一发送信号（2）由被辐射到的物体以一回波信号（5）的形式发送回该传感器，其中，该发送信号的发送和该回波信号的接收之间的时间间距被测量，其特征在于：在该发送信号的衰减的时刻和第一个回波信号（5）到达的时刻之间定义一用于一噪声样本的时间间隔（6），在该时间间隔（6）内逐步地改变一阈值（13），其中，监测输入噪声信号与当前的阈值（13）的关系，其中，只要该输入噪声信号低于该当前的阈值，则使该当前的阈值（13）下降，并且其中，只要该输入噪声信号高于该当前的阈值（13），则使该当前的阈值（13）上升，其中，记录该时间间隔（6）内的当前的阈值（13），并且其中，由这些记录的阈值（13）求得一阈值特征曲线（12）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当变化的所述阈值（13）的方向改变时，改变一双稳态触发电路的信号输出，其中，仅在该触发电路的一个状态内的阈值（13）被记录。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当变化的所述阈值（13）的方向改变时，改变一单稳态触发器的信号输出，其中，仅在该触发电路的一个状态内的阈值（13）被记录。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：当所述输入噪声信号超过所述当前的阈值（13）时，所述单稳态触发器的信号输出被置高。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：将所述当前的阈值（13）连续地以锯齿形或者以具有分别已定义的高度的、等长的阶梯形降低或者升高。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：所述噪声间隔（6）设置在发送触发之后的1ms至5ms之间的一时间段中。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：在每个测量周期中求出一阈值特征曲线（12）。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：被超过的当前的所述阈值（13）和该超过的时间长度被存储在一寄存器中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：借助被存储在所述寄存器中的被超过的当前的阈值（13）和所述超过的时间长度，确定所述噪声电平（11）。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：借助所述噪声电平（11）确定所述阈值特征曲线（12）。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：所述回波方法是超声波方法。

12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述噪声间隔（6）设置在发送触发之后的1.5ms至3.5ms之间的一时间段中。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：该噪声电平作为中间值、平均值或者第二大的被存储的值被确定。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述阈值特征曲线由所求得的噪声电平（11）加上一偏移值得出。

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