CN105301594B

CN105301594B - 距离测量

Info

Publication number: CN105301594B
Application number: CN201510441692.8A
Authority: CN
Inventors: 科恩·德洛姆
Original assignee: NXP BV
Current assignee: Top Top Technology Hongkong Co Ltd
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: CN105301594A; US10061010B2; EP2977789A1; US20160025836A1

Abstract

一种用于确定设备(102)和对象(104a)之间距离的方法(200)，200)包括：发射(202)声学参考信号(114)；接收(204)声学输入信号(400)；至少对所述测量部分与发射的声学参考信号(114)进行互相关(206)以提供互相关信号(402)；接收(208)与对象(104a)相关的信息；基于接收到的信息，提取(210)与所述对象对所述声学参考信号(114)的反射(114a)相对应的互相关信号(402)的一部分；分析(212)所提取的互相关信号(402)的一部分，以确定发射声学参考信号(114)与接收反射(116a)之间的飞行时间；以及基于所确定的飞行时间和声学参考信号(114a)的已知特征来确定(214)所述设备(102)与对象(104a)之间的距离。还公开了一种用于执行所述方法的芯片组。

Description

距离测量

技术领域

本发明涉及一种用于确定设备和对象之间距离的方法。具体地而非排他的，本发明涉及使用超声波来测量使用移动通信设备的距离，并且涉及使能移动通信设备使用超声波来测量距离的芯片组。

背景技术

对于移动通信设备(例如，移动电话、PDA、平板电脑等)的许多应用，需要测量设备和对象之间的距离。然而，移动通信设备小、重量轻并且消耗尽可能小的功率也很重要，并且是不期望需要附加的部件、显著的功率或显著的处理资源(其也消耗功率)的应用。

发明内容

根据发明的第一方面，提供了一种根据权利要求1所述的方法。

因为所述方法能够用移动通信设备的标准麦克风和扬声器来实现，所以所述方法是有利的。

所述方法还减小了处理需求，因为仅需要分析接收到的信号的一小部分。与光波相比声波较慢的传播速率也减小了了功率，因为处理需求低并且要求较低的功率来生成参考信号。所使用的参考信号还提供较高的精确度，原因在于参考信号呈现良好的自相关性。

可选地，发射声学参考信号可以包括：对所述声学参考信号与将要由所述扬声器发射的主声学信号进行混合以形成混合信号；以及发射所述混合信号。这允许扬声器和麦克风同时采用所述方法用于例如语音通信的其他目的。

所述主声学信号可以是听得见的。

所述声学参考信号可以是听不见的。

所述声学参考信号是脉冲的或连续的，并且所述声学参考信号的已知特征可以包括以下各项的一个或更多个：恒定频率或频率扫频详细信息；信号响度；脉冲持续时间；和所述信号的精确形式。

可选地，所述方法可以包括处理声学信号以提取测量部分。处理所述声学输入信号来提取所述测量部分可以包括：对所述声学输入信号进行滤波以识别所述声学输入信号的具有与所述声学参考信号类似特征的区域；以及提取这些区域作为所述测量部分。

可以基于接收到的与所述对象相关的信息来控制所述声学参考信号的一个或更多个特征。按照这种方式，可以针对不同大小和类型的对象以及针对不同距离的对象对方法进行优化。

与所述对象相关的信息可以包括：在第一时间发射所述声学参考信号之后，使得能够确定所述对象对所述声学参考信号的反射的大致到达时间的信息。

提取与所述对象对所述声学参考信号的反射相对应的所述互相关信号的部分可以包括：提取所述互相关信号中与在以大致到达时间为中心的时间窗口期间接收到的所述声学输入信号的部分相对应的一部分。

分析所提取的所述互相关信号的一部分以确定所述飞行时间可以包括：对所提取的所述互相关信号的的一部分进行整流，以提供整流后的信号；检测整流后的信号的重心；确定重心的时间；以及确定重心的时间与发射所述声学参考信号的第一时间之间的时间差。重心参数提供不受噪声严重影响的高度稳定的参数。

检测整流后的信号的重心可以包括：对整流后的信号滤波以去除高频噪声并且确定相关幅度包络，其中检测重心包括检测相关幅度包络的重心。

备选地，分析所提取的互相关信号的一部分以确定飞行时间可以包括：检测信号的提取部分中的互相关的峰值；确定峰值时间；以及确定发射声学参考信号的第一时间和峰值时间之间的时间差。

检测互相关信号的提取部分的峰值可以包括以下的一个或更多个：对互相关信号整流；以及对互相关信号滤波以去除高频噪声并且确定互相关幅度包络。

所述方法还可以包括：将未校正的飞行时间确定为重心或峰值的时间与发射声学参考信号的时间之间的时间差；以及将飞行时间确定为未校正的飞行时间减去系统延迟。

所述测量部分可以包括与从所述扬声器到所述麦克风的直接耦合相对应的分量，其中所述方法还可以包括：从所述测量部分中去除与所述直接耦合相对应的分量。

可以从所述设备的用户界面处的用户输入接收与所述对象相关的信息。

所述用户输入可以在所述设备的显示器上确认所述对象或者可以指示到所述对象的大致距离。

所述方法还可以包括：将设备的摄像头自动聚焦在候选对象上；在设备的屏幕上显示由摄像头捕获的图像；接收候选对象是期望对象的确认；以及例如，基于自动聚焦参数来接收对从设备到候选对象的距离的估计。

所述设备可以是移动通信设备并且所述扬声器和麦克风可以主要用于经由所述设备的语音通信。所述方法还可以包括：基于所确定的距离来控制所述设备的至少一种行为。

所述至少一种行为可以包括：由设备发射的听得见的声音的音量；设备上屏幕的缩放；设备屏幕的内容；由设备播放的媒体内容；以及设备的待机状态。

所述对象可以是设备的用户的主体部分。例如，所述对象可以是用户头的一侧或用户的手。

所述声学输入信号可以是在测量时间段期间在麦克风处接收的信号。

所述方法可以包括基于与对象有关的信息来控制测量时间段之间的持续时间和/或测量时间段的长度。测量时间段可以在设备接通的任意时刻循环，使得方法总是激活的。

根据发明的第二方面，提供了一种芯片组，配置为使得移动通信设备能够执行第一方面的方法。

可以将所述芯片组提供给移动通信设备的制造商以便随后包括在这些设备中。所述芯片组仅需要与移动通信设备的扬声器、麦克风和电源相连，并因此容易实现。芯片组不必专用于距离测量，并且可以提供用于执行与扬声器和/或麦克风(例如放大器)相关的其他功能。

根据发明的第三方面，提供了一种移动通信设备，配置为执行第一方面的方法。

所述移动通信设备可以包括第二方面的芯片组，或者可以独立配置为执行所述方法。

可以提供一种计算机程序，当在计算机上运行计算机程序时，使计算机配置包括电路、控制器、传感器、滤波器或这里公开的设备的任意装置，或执行这里公开的任意方法。所述计算机程序可以是软件实施方式，并且计算机可以认为是任意合适的硬件，作为非限制性示例包括：数字信号处理器、微控制器，并且在只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中实施。软件实施方式可以是汇编程序。

可以在计算机可读介质上提供计算机程序，所述计算机可读介质可以是物理计算机可读介质(例如光盘或存储设备)，或可以实现为瞬态信号。这种瞬态信号可以是网络下载的，包括因特网下载的。

将参照下文描述的实施例显而易见并阐述本发明的这些和其他方面。

附图说明

将仅以示例的形式参照附图来描述实施例，其中

图1示出了用于解释发明实施例的示例环境；

图2是示出了用于确定设备和对象之间距离的方法的流程图；

图3示出了用于在图2的方法中使用的示例参考信号；

图4A示出了在图2中的方法中接收到的示例输入信号；

图4B示出了通过对图3和图4A中的信号进行互相关得到的示例互相关信号；

图4C示出了来自图4B中的窗口的示例整流和包络信号；

图5是示出基于与所述方法的目标和/或场景有关的已知信息来控制参考信号的方法的流程图；

图6是示出一种接收与设备有关的信息的方法的流程图；

图7是示出确定信号的飞行时间的方法的流程图；以及

图8示出了使用利用图2的方法测量距离的示例应用。

应当注意的是，附图是示意性地，并不是按照比例绘制的。为了附图中的清楚和方便，这些附图的部分的相对尺寸和比例已经被示为放大或缩小的。相同的参考符号通常用于指修改的和不同的实施例中的相应或类似的特征。

具体实施方式

图1示出了可以用于描述本发明的示例环境100。在环境100内，存在设备102、多个对象104a、104b、104c和多个声源106。应理解的是，图1仅被提供为示例，还可以用任意数量的对象104(例如一个或多个)、任意数量的声源(例如没有或多个)以及任意数量的设备102来在环境100中实现本发明的实施例。

设备102包括扬声器108和与设备102的控制器112耦合的麦克风110。设备102的控制器112可以使扬声器108发射参考信号114。参考信号114可以反射离开对象104a、104b、104c，以给出反射的信号116a、116b、116c。然后反射的信号116a、116b、116c被麦克风110拾取。麦克风还检测声源106发射的任意信号118。

可以基于由扬声器108发射的参考信号114和由麦克风检测的相关反射116a之间的测量到的飞行时间来确定设备102和所选对象之一之间的距离。

图2示出了确定设备102和对象104a之间的距离的方法200。

在第一步骤202，设备102的扬声器108发射参考信号114。

图3示出了可以使用的作为时间函数的参考信号114的一个示例。在这种情况下，参考信号114是脉冲的正弦上啁啾。脉冲的正弦啁啾以初始频率在脉冲开始时间302开始，并以最终频率在脉冲结束时间304结束。在脉冲的持续时间上，频率从初始频率逐渐增加到最终频率。

在方法200的第二步骤204，在发射202参考信号114的一段时间后，在设备102的麦克风110处接收输入信号400。图4A示出了当参考信号114如图3中所示时，可能接收的输入信号400的示例。信号400还示为时间的函数。

输入信号400可以包括若干不同分量。例如，可以存在参考信号114反射离开不同对象104a、104b、104c得到的分量116a、116b、116c。输入信号400还可以包括从不同噪声源106得到的分量118，以及来自音频和电噪声的附加噪声分量。

与参考信号114的反射116相对应的输入信号114的区域是用于确定到对象104的距离的关注区域。如以下将详细描述的，可以将输入信号114的该区域认为是测量部分，并且可以在时域或频域内定义。

接下来，在步骤206对输入信号400与参考信号114进行互相关。图4B示出了由对图4A的示例输入信号400与图3的示例参考信号114进行互相关得到的互相关信号402。

两个信号的互相关是对两个信号类似程度的度量。因此，在互相关信号具有高幅度的情况下，输入信号400与参考信号114密切匹配。因此，这些区域可能与对象104对参考信号114104的反射116相对应。

方法200关注的是找到设备与对象104中所选的一个对象104a之间的距离。在步骤208，接收与所选对象104a相关的信息。该信息被分离为输入信号400中接收的任意信息，并使能识别与参考信号114反射离开所选对象104a的反射相对应的输入信号400的部分116a。然后可以在方法步骤210从信号400提取该部分116a，以供进一步处理。提取与来自对象104a的反射相对应的部分116a应当去除与来自任意其他对象104b、104c的反射相对应的部分116b、116c。

方法步骤210需要与对象相关的信息，但是可以在那个步骤发生之前的任意时间接收该与对象相关的信息。这意味着可以在方法200的早些步骤202、204、206之间、之前、之后或同时地接收信息。

在步骤212，在已经提取了与参考信号114反射离开所选对象104a的反射相对应的输入信号400的部分116a之后，分析所述部分116a以确定从扬声器108离开对象104a到麦克风110的精确飞行时间(t_acc)。

在最后一个步骤214，使用精确的飞行时间以及信号114的速度(c)(由于信号是由控制器112生成的所以已知信号114的速度(c))来确定从设备102到对象104a的距离(d)。根据下式来计算距离：

d＝0.5×c×t_acc (1)

图7示出了分析所提取的互相关信号402的一部分116a以确定精确的飞行时间(步骤212)的方法700。在第一步骤702，对信号整流以提供如图4C中窄线所示的整流后的信号406。然后在第二步骤702中对信号滤波。滤波使用低通滤波器来去除所呈现的任意高频噪声，并充当提供如图4C中的粗线所示的相关幅度包络408的包络检测步骤704。

在步骤706，分析相关幅度包络408以找到相关幅度包络408的特征时间，并且在步骤708，作为相关幅度包络的特征时间和发射参考信号114的时间差来找到飞行时间。

在一个示例中，可以通过找到信号的重心来找到特征时间。在这种情况下，包络检测的步骤704是可选的，并且可以整个省略，并可以使用整流后的信号406或相关幅度包络408。

可以在概念上认为信号的重心是信号的2D模型可以完美平衡的点。为了确定飞行时间，仅需要重心的时间(x坐标)。

重心是有用的，原因在于与(例如)峰值相比，重心的位置较不易于由于噪声而移动。例如考虑利用所述值上的噪声来测量对所述值加以表示的不对称曲线。所述曲线在峰值的一侧逐步爬升，并在峰值的另一侧大幅下降。所述噪声意味着真实值是逐步爬升路上的一部分。检测峰值将返回与真实值偏移超过重心的值。对于完全对称的曲线，在重心处出现峰值。

在其他示例中，使用简单的峰值检测算法足以找到特征时间。在这种情况下，可以省略整流702和包络检测704步骤二者，仅使用这些步骤之一或使用这两个步骤。在更多示例中，可以使用其他特征时间作为特征时间。

通常，飞行时间是需要偏移参考信号114以匹配记录的信号(即生成相关信号中的峰值)的时间。可以用任意合适的方式来考虑发射参考信号114的时间。它可以是脉冲开始、结束、脉冲中点的时间，信号中特定特征的时间，或者可以用参考信号114的重心或峰值来计算。

图7的方法700的最后两个步骤706、708形成了对从互相关信号402提取出的部分116a进行分析以确定精确的飞行时间的部分。可以在互相关(在步骤206)之后且在确定飞行时间(在步骤212)之前的任意时刻提供整流702和包络检测704的步骤(如果使用了整流702和包络检测704的步骤)。因此，可以直接在互相关信号402上、在整流后的信号406上或在相关幅度包络408上执行提取互相关信号402的部分116a的步骤210。此外，可以通过提取步骤210分离整流702和包络检测704的步骤。

飞行时间还可能包括由设备102中的时间延迟的反射和延迟导致的系统部分。设备102中的延迟可能是由生成参考信号114与发射它之间的延迟以及接收测量信号400与记录它以供稍后处理阶段使用的延迟所导致。可以确定这些延迟，并从精确飞行时间中除去所述延迟。当使用包络检测704时，提供包络所要求的滤波引入了需要进行校正的另外延迟(即，包络的峰值比“原始”数据的峰值稍晚)。

如本领域技术人员将理解的那样，存在可以确定这些延迟的许多方法。例如，可以周期性地测量延迟。备选地，可以连续地测量延迟。在另一示例中，可以在设备102的调试期间测量延迟(或基于理论假设计算)并存储为要使用的固定参数。

仅以示例形式示出了图3、4A、4B和4C中所示的信号114、400、402、406、408，还可以使用或接收不同的信号。将理解的是，从参考信号114的形式中提取大部分输入信号400和互相关信号402。

为了获得对于确定第一对象104a的距离有用的互相关信号402，希望参考信号114表现出良好的自相关性质。自相关是对于信号与它自身的早些或稍后版本相关程度的度量。可以利用相关系数来描述自相关的程度，当归一化时相关系数在0和1之间变化(1代表理想相关)。所需的自相关等级依赖于所需精确度等级以及周围环境有多嘈杂。对于任意应用，自相关峰值应当是在噪声上容易识别的。伴随着需要更大的精确度，需要更高的相关系数。

需要参考信号114的自相关性是因为它允许反射116的容易识别以及反射116与噪声的容易区分。

图3中所示的正弦上啁啾是具有良好自相关的参考信号的一个示例。然而，可以使用展现所需自相关性质的任意信号。可以使用的信号的其他示例包括：正弦下啁啾、组合的上啁啾和下啁啾、帧同步字、CAZAC信号、最大长度序列、白噪声和非白噪声。在该上下文中，术语白噪声指示具有对于无时间延迟等于1且对于任意非零时间延迟约等于0的的自相关系数的全带宽噪声，而非白噪声指示其中去除了(例如通过滤波)频率带宽的至少一些以给出“有色”噪声的噪声。

以上，参考信号114也被描述为脉冲的信号。使用脉冲的信号意味着与连续信号相比减小了能量使用率。然而，对参考信号114加脉冲不是必要的，并且还可以使用连续波参考信号114。

还可以针对参考信号114使用任意合适的频率范围。在一些示例中，参考信号可以是人耳听不见的(例如，超声)。

通常假设人类可以在20Hz和20kHz的范围内听见，因此可以通过在超过20kHz的频率处生成信号来使信号听不见。在其他示例中，可以对包括听得见的分量(例如白噪声)的参考信号滤波以去除听得见的分量(例如高通滤波，高通滤波可以给噪声“上色”)。还可以对脉冲参考信号114施加时间窗口(例如汉明窗)以减小脉冲的开/关切换的听得见的影响。

在其他示例中，参考信号可以是听得见的。

如上所述，与对象104a有关的信息使能对与参考信号114从对象104a的反射相对应的互相关信号402的部分116a的识别。在一个示例中，所述信息包括所估计的到对象的距离(d_est)，并且这用于计算信号的大致飞行时间t_approx。

然后在发射参考信号114之后，通过仅取出在以所估计的飞行时间为中心的时间窗口内接收到的互相关信号402的一部分116a，来提取与离开对象104a的反射相对应的互相关信号402的一部分116a。图4B示出了可以用于提取与离开第一对象104a的反射相对应的一部分116a的窗口404的示例。

时间窗口的合适选择意味着去除与所有其他反射116b、116c相对应的部分，并且仍存在足够的待处理的数据来确定精确的飞行时间并因此确定确切距离，确切距离比估计的距离显著地更精确。将理解的是，确切时间窗口的大小将取决于参考信号的长度(参考信号的长度加上不确定的余量)。

所述信息还可以包括与在确定大致飞行时间和/或对于其他应用(见下)可能有用的其他设备有关的其他信息。这可以是(例如)对象104a相对于与扬声器108和麦克风110的角度，对象104a的大小或对象104a的反射性质。

尽管不必要，与对象104a有关的信息还可以用于控制参考信号114的确切本性。存在可能改变的大量参考信号114的参数，例如：信号类型(脉冲的或连续的)、脉冲持续时间(如果脉冲的)初始频率、最后频率、中间频率和扫频时间(如果存在扫频)、信号响度。

除了在步骤208中接收到的信息以外，还可以使用场景信息来控制参考信号114。例如，还可以使用特定应用的所需精度或诸如周围环境是否非常嘈杂的设备检测到的信息。

当控制参考信号114的确切本性时，在方法200的性能和所消耗的功率值之间寻求平衡可能是重要的。例如：

-脉冲持续时间：对于较长持续时间的参考信号114脉冲，更容易在噪声中检测反射116a，但是将需要更多扬声器功率和处理时间。这可以用于(例如)嘈杂的环境、远处的对象或小对象。

-频率宽度：较宽的频率宽度参考信号114将具有更好的自相关并因此具有更精确的距离测量。距离测量还将对于信号的频率相关衰减(或者在扬声器10或麦克风110本身中，或者由于多径传输作用)更鲁棒。然而，较宽的频率带宽将增加功耗。

-脉冲响度：脉冲越响，则更容易检测到反射并且检测的潜在距离范围越大。这还可以用于检测更小的对象。然而，响度与功耗紧密联系。

图5示出了基于与对象相关的信息和/或其他信息来控制参考信号114的方法500。图5中的方法500旨在补充图2中的方法200，并且在方法的步骤相同的情况下，使用相同的参考符号。

作为第一步骤，接收208与对象104a有关的信息和/或接收50与场景(例如所需精度、噪声条件等)有关的信息。

基于接收到的信息，在步骤504确定参考信号114的最佳参数(记住需要使得功耗最小化)。这将使得方法的需求和降低功耗的需求均衡。然后在步骤506根据这些参数生成参考信号。所述方法然后进行至信号的发射202，以及上述进一步的步骤。

可以用任意数量的方式来接收与对象相关的信息。例如，信息可以是“在先”信息，其在设备102的存储器120中存储并从中检索。它还可以在有线或无线收发机128向设备102的传输中接收。备选地，它可以通过用户界面126(例如键区或触摸屏)作为用户的输入来接收。

可以使用允许确定精确飞行时间的任意合适的信息。在一个示例中，用户可以简单地通过用户界面输入对到对象104a的距离的估计。

图6示出了用于接收与对象104a相关的信息的方法的另一个示例。该示例中，设备包括具有自动聚焦模块124的摄像头122。在用户界面126的屏幕上显示在摄像头上捕获的图像，并且在第一步骤602，自动聚焦单元聚焦于候选对象104a。可以通过自动化过程或通过用户指示来选择候选对象104a。

在第二步骤604，用户指示候选对象是否是意欲测量到其的距离的对象。如果不是，则方法回到步骤602并选择新对象。如果对象正确，则方法进行至步骤606，在步骤606中自动对焦单元124确定到对象104a的大致距离。然后作为与对象104a相关的信息来提供大致距离。

通过在发生互相关(步骤206)之前可选地包括在从输入信号400提取测量部分的步骤可以进一步降低处理(以及因此功率)需求。计算相关性是方法200中计算最昂贵的步骤。因此，在一些示例中，在尽可能短的时间窗口(测量部分)上执行互相关。所述时间窗口不应当比参考信号加上测量之前时间延迟的任意不确定性长。

可以通过例如仅取出测量信号的特定时间部分来提取测量部分。这会导致时间加窗口的两个分离的阶段；如上所述，基于大致飞行时间，第一阶段在测量的信号上执行并且第二阶段在相关的信号上执行。

在一些示例中，可以基于估计的飞行时间来提取测量部分。在这些示例中，提取所述测量部分可以仅提取来自计算其相距距离的对象104a的反射116a。在这些示例中，可能不需要进一步提取来自互相关信号的反射。

在一些示例中，还可以对输入信号400进行滤波，以去除比参考信号114低和/或高的任意频率(高通滤波、低通滤波或带通滤波)。这可以增加处理需求，但增加对噪声的鲁棒性。

在一些示例中，仅可以在预定时间段(已经发射参考信号之后的某一段时间(测量窗口))内进行测量。可以在循环的基础上重复测量。在这种情况下，输入信号可以被认为与测量部分相同。

还可以使用滤波和时间加窗口的组合。在这种情况下，输入信号可以是在测量窗口中接收到的信号，并且可以通过滤波来去除任意无关噪声。

在另一示例中，可以通过使用匹配滤波来将参考信号114的已知样式与测量信号400中的类似区域相匹配来提取测量部分。

在具有测量窗口的示例中，可以基于估计的飞行时间来控制持续时间和测量窗口之间的分离。例如，如果方法200目的在于针检测特定范围内的对象104，则测量窗口可以限制为那个范围内反射离开对象所花费的时间。

在一个示例中，测量窗口可以在第一时间开始并在第二时间结束。第一时间可以是发射参考信号114的时间。备选地，在发射参考信号114的时间和测量窗口的起点之间可能存在一些延迟。所述延迟可以基于从设备102到对象104的最小期望距离，因此感测不到来自较近对象的反射116。例如，可以正好在期望反射从从物体104到达最小期望距离之前启动测量窗口。类似地，第二时间可以基于对象104的最大期望距离。

例如，可能的情况是：设备102仅关注一米至两米远的对象。在时间t发射参考信号，测量窗口在所期望的来自一米处的对象的反射之前不久开始，并在所期望的来自两米处的对象的反射不久之后结束。任意来自较近或较远对象的反射或在时间窗口之外到达的信号不会被记录下来以供以后处理使用。该方法可以用于针对远至10米或更远的对象、或直接与设备相邻的对象。

还可以使用测量窗口的定时和参考信号114的脉冲，以使系统对于在同一区域中工作的大量设备102可升级。通过确保每个设备的测量窗口偏移，第一设备102a将直接从第二设备102b接收参考信号114并将它作为它自身的参考信号114的反射来处理的机会极低。可以通过针对每个设备102使用不同的参考信号114而进一步改进这一点，使参考信号对于每个设备102是特定的。

还可能设备102直接从扬声器108在麦克风110处接收它自身的参考信号114，而没有反射。这可以是，例如扬声器108和麦克风110线之间的电串扰，或不与外部回声或反射116相关设备内耦合的内部声学耦合。该信号也将被认为是噪声，并应当从测量信号400中去除。这可以被测量为不随相距对象的距离而变化的分量或不存在反射时的分量，并从信号去除。

在一个示例中，如图8所示，设备102可以是移动通信设备，例如移动电话(包括但不限于智能电话、PDA、平板电脑)。用于确定距离的扬声器108和麦克风110是与用于例如拨打语音电话、播放媒体内容、通过语音命令来控制设备相同的扬声器108和麦克风110。

功耗和空间是移动设备102中的两个重要需求。因此，使用现有分量并可以被调整为减小功耗的方法会是有用的。

可以连续循环测量周期的方法200的功耗可能非常低，使得方法总是在当设备不处于低功率模式时总是开启的。例如，可以在开启设备的其他应用(例如地图显示、音乐播放器时)激活方法200。

在其他示例中，尽管功耗很低，方法(例如作为移动通信设备上的应用)可能需要激活。

可以与设备的其他应用(例如语音通信)同时运行用于确定对象104a与设备102之间的距离的方法200。为了实现这一点，可以采用多个步骤：

-如果需要扬声器108除了发射参考信号之外还播放音频，则方法可以包括在发射混合信号之前将语音与参考信号114混合的步骤。在这种示例中，参考信号114可以是听不见的，而音频可以是听得见的，并且因此将存在有限的干扰。

-可以提取在扬声器110处接收的信号400的部分，以供设备102的不同应用分别使用。在语音通信的示例中，图1的声音源106可以是用户的嘴。在这种情况下，可以用与测量部分类似的方式来提取用户118生成的声音，并且例如在收发机128上发送。

测量距离和测量距离中的改变可以用于控制设备的行为。在图8中所示的示例中，通过将他们的手104a靠近或远离设备102可以增加或减小音量。

在例如这样的示例中，使用相关幅度包络的峰值可以允许在不同手指之间的移动，而使用重心可能意味着仅使用手，因此小的无意手指移动不导致错误的读取。

在另一个示例中，对象104a可以是用户的头或耳朵的一侧。用这种方式，随着设备从用户的头移近或远，扬声器108的音量增大或减小；提高用户的语音呼叫体验的品质。用户的头和扬声器108之间的距离的测量还可以用于扬声器108输出的自适应均衡。例如，当扬声器108接近用户的头部时，低频声学耦合变得更好，并增加了更多低频分量。这可以通过在扬声器108接近用户的耳朵时衰减声学信号中的低频分量来补偿。

可以通过距离测量来控制设备的任意可控行为。例如，距离测量可以用于控制缩放、屏幕的内容、设备正显示的媒体、设备处于开、关或待机模式。

所述方法200还可以用于控制不同类型的设备(例如电视等)的行为。

将理解的是，以上对扬声器108的任何参考旨在覆盖可以生成声波的任意分量，并且麦克风的任意参考旨在覆盖可以检测声波的任意分量。此外，将理解的是，尽管扬声器108和麦克风110应当或者彼此紧邻或者在已知的结构内，扬声器108、麦克风110和控制器112可以在不同的外壳和/或分离的设备内。控制器可以完全或部分地实现为芯片上的过程或固态组件，并且可以是设备的已部分，或者备选地可以利用收发机128向远程控制器发送任意信号。

将理解的是，以上任意“噪声”的参考指的是：不是由所发射的参考信号114的反射116得到的输入信号400上的任意信息，即使信号用于其它应用(例如，语音)。

所述方法还可以利用可以向电话提供的分离的芯片或芯片组来实现。可以主要用于备选应用来提供芯片或芯片组例如放大器等。备选地，方法可以通过设备/电话的其他组件来实现。

根据阅读本公开，本领域技术人员将显而易见其他变化和修改。这些变型和修改可以涉及已经在信号分析和移动通信设备领域已知的和可以替代于或附加于本文已经描述的特征使用的等价物或其他特征。

尽管所附的权利要求针对特征的特定组合，应当理解的是本发明公开的范围还包括这里这里明显或暗示公开的任意新颖的特征或任意新颖特征的组合或其任意概括，无论它是否涉及在任意权利要求中当前主张的相同发明，或无论是否减轻任意或所有与本发明的相同的技术问题。

还可以结合单个实施例提供分离的实施例中的上下文中描述的特征。相反，为了简明，还可以单独地或在任何合适的子组合提供单个实施例的上下文中描述的各种特征。申请人应当注意，在本申请或任意从其导出的申请的存续期间，可以构想出对于这些特征和/或这些特征的组合的新权利要求。

为了完整性，还陈述了术语“包括”不排除其他单元或步骤，术语“一个”不排除多个，单个处理器或其他单元可以满足在权利要求中列举的若干装置的功能，并且权利要求中的参考符号将不构建为对权利要求范围的限制。

Claims

1.一种用于确定设备和对象之间距离的方法，所述方法包括：

从所述设备的扬声器发射声学参考信号；

在所述设备的麦克风处接收声学输入信号，所述声学输入信号包括测量部分，所述测量部分包括所述对象对声学参考信号的反射；

至少对所述测量部分与发射的声学参考信号进行互相关，以提供互相关信号；

接收与所述对象相关的信息；

基于接收到的信息，提取与所述对象对所述声学参考信号的反射相对应的所述互相关信号的一部分；

分析所提取的所述互相关信号的的一部分，以确定发射所述声学参考信号与接收所述反射之间的飞行时间；以及

其中分析所提取出的所述互相关信号的一部分以确定所述飞行时间包括：对所提取的所述互相关信号的一部分进行整流，以提供整流后的信号；检测整流后的信号的重心；确定所述重心的时间；确定所述重心的时间与发射所述声学参考信号的第一时间之间的时间差，以及基于所述时间差确定飞行时间；

基于所确定的飞行时间和所述声学参考信号的已知特征来确定所述设备与所述对象之间的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中发射所述声学参考信号包括：

将所述声学参考信号与要由所述扬声器发射的主声学信号进行混合以形成混合信号；以及

发射所述混合信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述声学参考信号是脉冲的或连续的，并且所述声学参考信号的已知特征包括以下各项的一个或更多个：

恒定频率或频率扫频详细信息；

信号响度；

脉冲持续时间；以及

所述信号的精确形式。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

处理所述声学输入信号以提取所述测量部分。

5.根据权利要求4所述的方法，其中处理所述声学输入信号以提取所述测量部分包括：

对所述声学输入信号进行滤波，以识别所述声学输入信号的具有与所述声学参考信号类似特征的区域；以及

提取这些区域作为所述测量部分。

6.根据权利要求4或5所述的方法，包括：

基于接收到的与所述对象相关的信息来控制所述声学参考信号的一个或更多个特征。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中与所述对象相关的信息包括：使得能够确定在第一时间发射所述声学参考信号之后，所述对象对所述声学参考信号的反射的大致到达时间的信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其中提取与所述对象对所述声学参考信号的反射相对应的所述互相关信号的部分包括：

提取所述互相关信号中与在以大致到达时间为中心的时间窗口期间接收到的所述声学输入信号的部分相对应的一部分。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述测量部分包括与从所述扬声器到所述麦克风的直接耦合相对应的分量，并且其中所述方法还包括：

从所述测量部分中去除与所述直接耦合相对应的部分。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中从所述设备的用户界面处的用户输入接收与所述对象相关的信息。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述用户输入在所述设备的显示器上确认所述对象或指示到所述对象的大致距离。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述设备是移动通信设备，并且所述扬声器和麦克风主要用于经由所述设备的语音通信，所述方法还包括：

基于所确定的距离来控制所述设备的至少一种行为。

13.一种芯片组，配置为使能移动通信设备来执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

14.一种移动设备，配置为执行权利要求1至12中任一项所述的方法。