CN107533033A - 用于检测物体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于使用超声波来检测物体的系统及其制造和使用方法。物体检测系统可以对多个超声波中的每一个进行独特编码，并且使所述独特编码的超声波中的每一个沿各个方向传输。所述物体检测系统可以继而接收从物体反射的、所发射的独特编码超声波中的任何超声波。通过对所反射的超声波进行解码，所述物体检测系统可以区分所述独特编码的超声波并且检测所述物体的存在和位置。所述物体检测系统可以由任何常规类型的移动系统所使用，所述移动系统包括但不限于无人飞行器(“UAV”)和汽车。通过对多个超声波中的每一个进行独特编码，所述物体检测系统可以有利地在所述各个方向上检测物体的同时避免不同传感器之间的干扰。

Description

用于检测物体的系统和方法
背景技术
超声因其高准确性而通常用于物体检测系统中。示例性的障碍检测应用包括汽车倒车雷达以及用于无人飞行器(“UAV”)的避撞系统。
在用于无人飞行器的避撞系统的情况下，例如，多个超声传感器通常用于沿各个方向检测障碍物。所述多个超声传感器通常独立工作。例如，一个方向上的超声传感器发射一超声波脉冲。该超声波脉冲沿超声波路径被物体反射回来，并且在经过一定时间之后由超声传感器接收。计算模块可以基于脉冲接收时间与脉冲发射时间之间的时间间隔来判定物体的存在和距离。
然而，那些传感器之间可能发生干扰。当无人飞行器部署在较小的操作环境中时，从第一超声传感器沿一个方向发射的超声信号可被多次反射并且被第二超声传感器接收，从而导致错误的确定。尽管已经尝试了各种技术，诸如使用预先选择的信号阈值限制，来克服由不期望的反射导致的误差，但事实证明，所有技术都不够。
鉴于以上原因，存在对用于执行物体检测的系统和方法的需要，所述系统和方法可以有效地区分在多个方向中应用的直接反射的超声波信号。
发明内容
根据本文公开的第一方面，阐述了一种用于检测物体的方法，包括：
接收多个反射的超声波，每个超声波被独特地(uniquely)编码并且从信号源沿各个方向发射；以及
对所反射的超声波进行解码以确定所述物体的存在或位置。
所公开方法的示例性实施方式还包括使独特编码的超声波沿各个方向发射。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，发射所述独特编码的超声波包括发射独特格式的超声脉冲。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，发射所述独特格式包括以独特间隔发射所述超声脉冲。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，以独特间隔发射所述超声脉冲包括以选自一毫秒到一百毫秒的范围的间隔值来发射超声脉冲。
所公开方法的示例性实施方式还包括记录所述多个反射的超声波。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，对所反射的超声波进行解码还包括从所述多个反射的超声波中搜索所述独特格式的超声脉冲。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，搜索所述独特格式的超声脉冲包括搜索与所发射的超声脉冲的所述独特间隔相匹配的超声脉冲。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，搜索所述超声脉冲包括：当仅存在一种超声脉冲格式与来自所反射的超声波的所述独特间隔相匹配并且处于该格式下的所述超声脉冲强度差小于第一阈值时，选择与所述独特间隔相匹配的超声脉冲格式。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，与所述独特间隔相匹配包括：当所述格式的间隔与所述独特间隔的差小于第二阈值时，确定所述格式与所述独特间隔相匹配。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，搜索所述超声脉冲包括选择具有小于所述第一阈值的强度差的超声脉冲。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，对所反射的超声波进行解码包括：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配并且所述格式的平均脉冲强度差小于第三阈值时，从所述多个反射的超声波中选择与所述独特间隔相匹配的第一超声脉冲格式。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，对所编码的超声波进行解码包括：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配并且所述格式的平均脉冲强度差大于第三阈值时，从所记录的反射超声波中选择与所述独特间隔相匹配的最强超声脉冲格式。
所公开方法的示例性实施方式还包括通过计算多个平均格式强度的差值来确定平均脉冲强度差，
其中通过对处于所述格式下的所有脉冲的强度求平均来提供每个平均格式强度。
根据本文公开的另一方面，阐述了一种用于沿预定方向检测物体的方法，包括：
根据所公开方法的前述实施方式中的任一个，沿所述预定方向中的每一个检测物体。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，所述预定方向包括四个方向。
在所公开方法的另一示例性实施方式中，所述四个方向包括正向、后向和两个侧向。
根据本文公开的另一方面，阐述了一种包括用于沿预定方向检测物体的指令的计算机程序产品，其被配置用于根据所公开方法的前述实施方式中的任一个来执行检测过程。
根据本文所公开的另一方面，阐述了一种用于检测物体的超声装置，包括：
接收传感器，其用于接收多个反射的超声波，每个超声波被独特地编码并且从信号源沿各个方向发射；以及，
处理器，其用于对所反射的超声波进行解码以确定所述物体的存在或位置。
所公开装置的示例性实施方式还包括发射传感器，其用于使独特编码的超声波沿各个方向发射。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述独特编码的超声波以独特格式的超声脉冲发射。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述独特格式包括处于独特间隔中的超声脉冲。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述独特间隔选自一毫秒到一百毫秒的范围。
所公开装置的示例性实施方式还包括记录器，其用于记录所述多个反射的超声波。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述处理器被配置用于从所述多个反射的超声波中搜索所述独特格式的超声脉冲。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述处理器被配置用于搜索与所发射的超声脉冲的所述独特间隔相匹配的超声脉冲。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述处理器被配置用于：当仅存在一种超声脉冲格式与来自所反射的超声波的所述独特间隔相匹配并且处于该格式下的所述超声脉冲的强度差小于第一阈值时，选择与所述独特间隔相匹配的超声脉冲格式。
在所公开装置的示例性实施方式中，当所述格式的间隔与所述独特间隔之间的差小于第二阈值时，所述格式与所述独特间隔相匹配。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述处理器被配置用于选择具有小于所述第一阈值的强度差的超声脉冲。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配并且所述格式的平均脉冲强度差小于第三阈值时，从所述多个反射的超声波中选择与所述独特间隔相匹配的第一超声脉冲格式。
在所公开装置的示例性实施方式中，所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配并且所述格式的平均脉冲强度差大于第三阈值时，从所记录的反射超声波中选择与所述独特间隔相匹配的最强超声脉冲格式。
在所公开装置的示例性实施方式中，通过计算多个平均格式强度的差值来确定平均脉冲强度差，
其中通过对处于所述格式下的所有脉冲的强度求平均来提供每个平均格式强度。
根据本文公开的另一方面，阐述了一种用于沿预定方向检测物体的系统，包括：
针对所述预定方向的多个超声装置，每个超声装置根据所公开装置的前述实施方式中的任一个而提供。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述预定方向包括四个方向。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述四个方向包括正向、后向和两个侧向。
所公开系统的示例性实施方式还包括存储器，其用于储存所反射的超声波。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，各个超声装置的所述处理器至少部分地集成以形成集中式处理器。
根据本文公开的另一方面，阐述了一种移动平台，包括：
根据所公开装置的前述实施方式中的任一个而提供的系统。
在所公开移动平台的示例性实施方式中，所述移动平台是无人飞行器或汽车。
根据本文公开的另一方面，阐述了一种物体检测系统，包括：
多个发射传感器，每个发射传感器用于发射独特编码的超声波；
多个接收传感器，每个接收传感器与相应的发射传感器相对应，用于接收反射的超声波；以及
处理器，用于对所接收的超声波进行解码以识别所接收的超声波的来源和反射方式。
在所公开系统的示例性实施方式中，所述独特编码的超声波以独特格式的超声脉冲发射。
在所公开系统的示例性实施方式中，所述独特格式包括处于独特间隔中的超声脉冲。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述独特间隔选自一毫秒到一百毫秒的范围。
所公开系统的示例性实施方式还包括记录器，其用于记录所述多个反射的超声波。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述处理器被配置用于从所述多个反射的超声波中搜索针对每个接收传感器的所述独特格式的超声脉冲。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述处理器被配置用于搜索与从每个对应的发射传感器发射的所述超声脉冲的所述独特间隔相匹配的超声脉冲。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述处理器被配置用于：当仅存在一种超声脉冲格式与来自所反射的超声波的所述独特间隔相匹配并且处于该格式下的所述超声脉冲的强度差小于第一阈值时，选择与所述独特间隔相匹配的超声脉冲格式。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，当所述格式的间隔与所述独特间隔之间的差小于第二阈值时，所述格式与所述独特间隔相匹配。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述处理器被配置用于选择具有小于所述第一阈值的强度差的超声脉冲。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配并且所述格式的平均脉冲强度差小于第三阈值时，从所述多个反射的超声波中选择与所述独特间隔相匹配的超声脉冲格式。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配并且所述格式的平均脉冲强度差大于第三阈值时，从所记录的反射超声波中选择与所述独特间隔相匹配的最强超声脉冲格式。
在所公开系统的另一示例性实施方式中，通过计算多个平均格式强度的差值来确定平均脉冲强度差，
其中通过对处于所述格式下的所有脉冲的强度求平均来提供每个平均格式强度。
根据本文公开的另一方面，阐述了一种移动平台，包括根据所公开系统的前述实施方式中的任一个而提供的系统。
在所述移动平台的另一示例性实施方式中，所述移动平台是无人飞行器或汽车。
附图说明
图1是图示了用于检测物体的超声装置的实施方式的示例性示意图。
图2是图示了用于使用图1中的超声装置来区分从不同传感器发射的超声波的方法的实施方式的示例性顶层流程图。
图3是图示了图2中的方法的备选实施方式的示例性顶层流程图，其中超声波沿各个方向发射。
图4是图示了用于实现图2中的方法的超声装置的实施方式的示例性示意图，其中该超声装置具有针对四个不同方向的四个超声模块。
图5是图示了图3中的方法的备选实施方式的示例性流程图，其中所述方法包括发射四种格式的超声波，每种格式的超声波具有独特的间隔。
图6是图示了图3中的方法的另一备选实施方式的示例性流程图，其中所述方法包括记录反射的超声波脉冲。
图7是图示了图3中的方法的解码过程的实施方式的示例性流程图。
图8是由图4中的超声装置的超声传感器接收的超声波的示例性示图，其中前两个脉冲与所发射的脉冲格式的间隔相匹配。
图9是由图4中的超声装置的超声传感器接收的超声波的示例性示图，其中多个脉冲格式与所发射的脉冲格式的间隔相匹配。
图10是图示了使用图4中的超声装置的超声检测设备800的示例性实施方式的示例性顶层示图，其中所述超声检测设备包括处理器和/或记录器。
图11是图示了图10中的超声检测设备的备选实施方式的示例性顶层示图，其中所述超声检测设备包括存储器。
图12是图示了图4中的超声装置的备选实施方式的示例性示意图，其中该超声装置安装在无人飞行器(“UAV”)上。
图13是图示了图4中的超声装置的另一备选实施方式的示例性示意图，其中该超声装置安装在汽车上。
应当注意，附图不是按比例绘制的，并且出于说明性目的，在全部附图中，具有类似结构或功能的元件通常由相似的参考数字表示。还应当注意，附图仅仅旨在帮助描述优选实施方式。附图并未图示出所述实施方式的每一方面，并且并不限制本公开内容的范围。
具体实施方式
由于当前可用的物体检测系统可能因为不期望的反射以及多个超声传感器之间的干扰而得到错误的结果，所以期望一种可避免因不期望的反射以及多个传感器导致的错误的超声检测系统和方法，并且该方法可以为广泛的系统应用提供基础，所述系统应用诸如为无人飞行器系统或其他移动系统。这种结果可以根据图1中公开的一个实施方式而得到。
图1示出了用于使用超声波251来检测第一物体281的系统200的示例性实施方式。系统200可以包括超声装置220，该超声装置220包括一个超声模块210，该模块包括用于发射超声波251的发射传感器211和用于接收反射超声波255的接收传感器212。发射的超声波251可以行进，直到被处于超声波251的路径中的第一物体281反射。在第一经过时间之后，可由第一物体281直接反射的反射超声波255可以被接收传感器212接收到。超声装置220继而可以基于第一经过时间而确定距第一物体281的距离。尽管仅出于说明性目的而示出并描述为具有拥有一个超声装置220(该超声装置220具有一个超声模块210)，但该超声装置220可以包括多个超声模块210，用于沿各个方向检测物体。将参考图4示出和描述超声装置220的备选实施方式。
在图1中，在实际操作环境中，接收传感器212还可以接收到不期望的超声波253。不期望的超声波253可以包括从另一发射传感器211(未示出)发射的超声波，或者可以是在由接收传感器212接收之前由诸如第二物体282等至少另一物体反射的超声波251。在图1中，超声波251被传输至第一物体281，并作为超声波257而朝向第二物体282反射。超声波257可被再次反射并成为可由接收传感器212接收的不期望的超声波253。在任何以上所描述的情况下，不期望的超声波253可能在确定第一物体281或第二物体282的存在以及距其的距离方面导致错误的计算结果。
在系统200中，出于确定是否存在第一物体281的目的，可以对发射的超声波251进行编码，以使得能够将直接反射的超声波255与不期望的超声波253相区分。当由接收传感器212接收后，可以对反射的超声波255进行解码，以确定反射的超声波255是否是由发射传感器211最初发射、并且从第一物体281直接反射的超声波251。在下文中，将参考图2至图9提供关于所编码的超声波251以及对所反射的超声波255进行解码的更多细节。
图2图示了用于使用图1中的超声装置220来检测诸如第一物体281(在图1中示出)等物体的方法100的示例性实施方式。为了检测物体，在110中可以接收多个超声波，每个超声波被独特地编码并且从信号源沿各个(respective)方向发射。在下文中，参考图5更详细地示出和描述了对超声波的编码。在优选实施方式中，所编码的超声波可以相对于移动平台(未示出)沿各个方向传输，用于检测物体的存在和物体的位置(或距物体的距离)。
如参考图1所示和所述，可由诸如接收传感器212(在图1中示出)等超声接收器接收到的反射的超声波可以包括超声波251和不期望的超声波253(共同在图1中示出)。当在110中接收到反射的超声波时，在130中可以对其进行解码，以确定物体的存在和/或位置。通常，所使用的解码方案可以是当超声波251从信号源发射时用于对其进行编码的方案的逆方案。在示例性实施方式中，可以根据所发射超声波251的性质而进行解码，所述性质包括超声波251的超声脉冲的间隔，该超声脉冲能够以多种格式(pattern)发射。下文中将参考图7示出并描述用于编码的示例性实施方式。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为用于编码的方案的逆方案，但在接收到所编码的超声波时，可以使用任何适合于判定反射的超声波的信号源的解码方案用于解码。
图3示出了用于检测物体的方法100的另一示例性实施方式。在图3中，在308中，针对每个方向，发射独特编码的超声波。为了检测物体，如参考图1所示和所述，可以在预定方向上发射至少一个超声波。在优选实施方式中，可以在多个不同方向中的每一个上传输一个超声波。如参考图2所示和所述，可以对所发射和反射的超声波进行编码以便识别信号源。在308中，对超声波(诸如所发射的超声波251(在图1中示出))进行独特编码，以呈现该超声波的标识。
超声波251能够以多种不同编码方案中的任何编码方案进行发射。在示例性实施方式中，可以通过发送不同格式的超声波来进行编码；每种格式包括以独特间隔而传输的超声脉冲，从而进行识别。下文中将参考图5而示出并描述用于对超声波进行编码的更多细节。所发射的超声波径向向外行进，并且可以在遇到物体时被反射，例如被房间的墙壁反射。如参考图2所示和所述，在被物体反射时，在308中编码的超声波可以在110中被接收到。在130中，为了判定物体的存在和位置，可以通过对所反射的超声波进行解码来识别发送该超声波的信号源。下文中参考图7而提供了关于解码的更多细节。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为通过发射具有独特间隔的超声脉冲来对沿各个方向的超声波进行编码，但可以利用其他对超声波进行编码的方法，只要能够通过对所反射的超声波进行解码而识别出所发射的超声波即可。
图4示出了可用于实现图2中的方法100的超声装置220的另一实施方式。例如，超声装置220可用于避撞目的。在图4中，超声装置220可以包括多个超声模块210，所述超声模块包括超声传感器211、212。如图4中所图示，可以提供四个超声模块210。所述四个超声模块210A、210B、210C和210D中的每一个可以包括发射传感器211，诸如第一发射传感器211A，以及接收传感器212，诸如第一接收传感器212A。在图4中示出的示例性实施方式中，超声装置220可以包括第一超声模块210A的第一发射传感器211A和第一接收传感器212A、第二超声模块210B的第二发射传感器211B和第二接收传感器212B、第三超声模块210C的第三发射传感器211C和第三接收传感器212C以及第四超声模块210D的第四发射传感器211D和第四接收传感器212D。
在图4中，多个超声模块210中的任何超声模块均可与超声装置220相集成，如图4中所示。超声装置220还可以布置在移动平台(未示出)的任何合适位置中，该移动平台需要对周围环境的检测。然而，超声模块210中的任何超声模块还可以单独布置在移动平台的任何合适位置中，例如，布置在移动平台的四个边中的每个边或移动平台的四个角中的每个角处。下文将参考图10和图11而示出和描述关于超声模块210在两个不同移动平台中的每一个上的布置的示例性实施方式。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为包括四个超声模块210，但超声装置220可以包括任何合适数目的超声模块210，用于沿多个方向检测物体。
超声装置220可以包括任何可商购的超声传感器。超声装置220还可以包括针对超声装置220而专门生产的任何定制传感器。超声装置220可以包括其他必要的组件，诸如用于将接收到的超声波变换成电信号的超声换能器(未示出)。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为超声装置220和超声传感器211、212，但在本公开内容的一些实施方式中，可以使用任何通过发送和接收任何合适形式的波的其他距离传感器，包括但不限于声波传感器。
在图5中，方法100的编码过程308的示例性实施方式可以包括针对四个方向的四种超声脉冲格式，每种超声脉冲格式具有两个拥有独特间隔的超声脉冲。在图5中的示例性实施方式中，在313中，方法100可以发射具有第一间隔的第一格式的两个脉冲。为了确保对物体的持续检测，所述第一格式可以相继地发射。两种相邻格式之间的时间间隔可以是第一格式下的两个超声脉冲之间的间隔的至少五倍。
类似于第一格式，在315中是具有第二间隔的第二格式的两个脉冲，在317中是具有第三间隔的第三格式的两个脉冲，而在319中是具有第四间隔的第四格式的两个脉冲。能够以参考图3所示和所述的方式来对所述四种格式下的每一种进行编码。举示例性示例而言，第一间隔可以是一毫秒(1ms)，第二间隔可以是两毫秒(2ms)，第三间隔可以是三毫秒(3ms)，而第四间隔可以是四毫秒(4ms)。对于所有四种格式，相邻格式之间的时间间隔可以为至少五毫秒(5ms)，并且优选地为至少十毫秒(10ms)。可以在对超声波进行编码中使用其他间隔，只要在解码过程130(在图2中示出)中可以识别所反射的超声波的每个信号源。
在图5中，在示例性实施方式中，可以向移动平台(超声装置220附接至该移动平台)的四个方向发射四种超声脉冲格式，所述移动平台诸如为无人飞行器(“UAV”)1000(在图12中示出)或汽车1100(在图13中示出)。在四种超声脉冲格式下，第一格式的两个超声脉冲可以沿移动平台的前向发射。类似地，第二格式的两个超声脉冲可以沿移动平台的后向发射，第三格式的两个超声脉冲可以沿移动平台的一个侧向发射，而第四格式的两个超声脉冲可以沿移动平台的另一侧向发射。参考图13所示和所述，四种超声脉冲格式还可以从诸如汽车1100等移动平台的每个拐角发射。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为通过沿各个方向具有独特间隔的超声脉冲格式而进行编码，但可以利用其他对超声波进行编码的方法来对发射至各个方向的超声波进行区分。另外，尽管仅出于说明性目的而示出和描述为向四个方向发射四种格式的脉冲，但可以向多个方向发射任何合适数目的超声脉冲格式。
现参考图6，在备选实施方式中，方法100还可以包括用于在140中记录反射的超声波的过程。如上文参考图1至图4所示和所述，在308中，在分别从每个发射传感器211发射之前，可以对超声波进行编码。沿每个方向发射的所编码的超声波沿路径径向向外行进，直到它们遇到一个或多个物体。超声波可以在遇到物体后被反射，以及/或者可以行进至下一个物体，诸如此类。当反射的超声波遇到接收传感器212时，接收传感器212可以接收被一个或多个物体反射的该反射超声波。如参考图1和图4所示和所述，如果使用已被反射两次或更多次的超声波来计算物体的存在，则可能导致错误的计算结果。在复杂的场景中，所反射的超声波可以是诸如超声波251(在图1中示出)等直接反射的超声波与多次反射的超声波的混合。参考图6和图7，示出并描述了由接收传感器212接收到的示例性超声波。
另外，如参考图1至图4所示和所述，其他不期望的超声波还可以包括从其他信号源发射的超声波。为了识别直接反射的超声波，可以对超声波中所有接收到的超声脉冲进行分析，用于130中的解码。在优选实施方式中，能够以实时的方式对此类复杂的超声波进行解码，即，不需要信息存储。然而，在其他实施方式中，出于分析所有接收到的超声脉冲的目的，可以在140中暂时地或永久地记录反射的超声波。所记录的超声波信号可以是模拟的或数字的。出于记录目的，可以用一个或多个超声换能器(未示出)将超声波信号变换成电信号。
如参考图2所示和所述，所记录的超声波可以用于130中的解码，以确定从信号源发射的被直接反射的超声波。下文中将参考图7而示出并描述关于解码过程的备选实施方式。
尽管仅出于说明性目的而示出并描述为变换成电信号以供记录，但超声波可被变换成例如磁信号等任何合适形式的信号，并以任何合适的信号形式进行储存。
图7示出了对所反射的超声波进行解码的示例性实施方式。现参考图7，当接收到混杂的超声波中的一系列超声脉冲时，可以在130中进行确定。该确定可以包括选择所接收的超声波中的哪些可用于计算物体的存在和位置。如参考图2和图3所示和所述，出于对所接收的超声波进行解码并得到准确的检测结果的目的，可以选择直接反射的超声波。如参考图6所示和所述，对超声波进行解码可以包括选择满足以下两个条件的所接收的超声脉冲：第一，所选定的超声脉冲从对应的发射传感器发射；第二，所选定的超声脉冲以所发射的超声脉冲仅被一个物体反射的反射方式得以反射。
出于选择超声波的目的，当在531中接收超声波和/或在140中记录超声波时，可以在532中对所述超声波进行分析或比较。所述分析包括将超声波内所接收到的超声脉冲的间隔与从信号源发射超声脉冲的预定间隔进行匹配。在一个场景中，当不存在这样的匹配时，在533中无法选择反射的超声脉冲，这意味着超声装置220(在图4中示出)未检测到任何物体。在另一场景中，当在542中存在一个与所述预定间隔相匹配的超声脉冲格式时，在534中确定超声脉冲的强度差。当该强度差小于第一阈值时，可以在535中选择该格式，作为超声脉冲的发射格式(其直接反射)。在这种情况下，所选定的脉冲格式可以用于计算距物体(该物体反射超声脉冲)的距离。在同一场景下，当在534中判定脉冲格式的强度差等于或大于第一阈值时，在533中无法选择反射的超声脉冲，这意味着未检测到任何物体。
在一些示例性实施方式中，第一阈值可以是在百分之零(0％)与百分之二十(20％)之间的百分比值，优选地，第一阈值可以是在百分之五(5％)到百分之十(10％)之间的百分比值。在所述示例性实施方式中，当两个间隔的百分比差小于第二阈值(未示出)时，可以判定脉冲间隔与预定间隔的匹配。第二阈值可以是在百分之零(0％)与百分之十(10％)之间的百分比值，优选地，第二阈值可以是在百分之零(0％)与百分之二(2％)之间的百分比值。
在另一场景中，当在542中由超声接收传感器接收到了脉冲与预定间隔相匹配的两种或更多种脉冲格式时，可以在536中对每种格式下的脉冲的强度差进行比较。在546中，在仅存在一种具有小于第一阈值的强度差的脉冲格式的情况下，可以在537中选择这一种超声脉冲格式。
在546中，在存在具有小于第一阈值的强度差的两种或更多种匹配的脉冲格式的情况下，可以在539中进行进一步确定。当该格式的平均强度与其他格式的任何其他平均强度之间的差等于或大于第三阈值时，可以在547中选择具有最大平均强度的超声脉冲格式。然而，如果平均格式强度与其他格式的任何其他平均强度之间的差小于第三阈值，则在548中，可以在具有最大平均强度的脉冲格式以及一种或多种具有小于第三阈值的强度差的脉冲格式之中选择第一脉冲格式。
在一些示例性实施方式中，第三阈值可以是在百分之零(0％)到百分之二十(20％)之间选择的百分比值，优选地，第三阈值可以是在百分之五(5％)与百分之十(10％)之间的百分比值。
在另一情况下，当在536中不存在具有小于第一阈值的强度差的匹配的脉冲格式时，在538中无法选择脉冲格式，这意味着在发射传感器发射超声波的方向上未检测到任何物体。
图8示出了由图4中的超声装置220的超声传感器接收到的超声波的场景。在图8中，超声波具有三个超声脉冲：第一脉冲612，第二脉冲614和第三脉冲616分别在t1、t2和t3时刻接收到。假设正在发射并因此预期具有诸如两毫秒(2ms)的预定间隔T(未示出)的超声脉冲格式。在图8中，第一时刻t1与第二时刻t2之间的脉冲间隔可以表示为第一脉冲间隔T1，该第一脉冲间隔T1也为两毫秒。第二时刻t2与第三时刻t3之间的脉冲间隔可以表示为第二脉冲间隔T2，该第二脉冲间隔T2为六毫秒。在图8中，如参考图7所示和所述，在532中，第一间隔T1与预定间隔T相匹配。在这种情况下，当在534中确定第一脉冲612与第二脉冲614的强度差小于第一阈值(在图7中示出)时，可以在535中选择脉冲612、614的格式。
第三脉冲616可被判定为不是预期脉冲格式下的一部分，这是因为第二脉冲614与第三脉冲616之间的第二间隔T2比预定间隔T大了第一阈值，并且没有其他脉冲可以与第三脉冲616配对从而与预定间隔T相匹配。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为在一种格式内有两个脉冲，但在所公开的方法100中，可以在一种格式下使用任何合适数目的脉冲。
图9图示了由图4中的超声装置220的超声传感器接收到的超声波的示图。在图9中，存在分别在t1时刻至t6时刻接收到的六个超声波脉冲711、712、713、714、715和716。假设针对所发射的超声脉冲的预定间隔仍是两毫秒(2ms)。在图9中，在所述六个接收到的脉冲中，t1时刻的第一脉冲711与t3时刻的第三脉冲713之间的间隔以及t4时刻的第四脉冲714与t5时刻的第五脉冲715之间的间隔中的每一个可以与预定间隔T相匹配。其他超声波脉冲之间的其他间隔都无法与预定间隔T相匹配。
如参考图7所示和所述，在一个场景中，当第四脉冲714和第五脉冲715的强度差小于第一阈值而第一脉冲711和第三脉冲713的强度差等于或大于第一阈值时，可以选择第四脉冲714和第五脉冲715。在另一场景中，当第一脉冲711和第三脉冲713的强度差也小于第一阈值时，如果第一脉冲711和第三脉冲713的平均强度与第四脉冲714和第五脉冲715的平均强度之间的差小于第三阈值，则可以选择脉冲711、713。否则，当第一脉冲711和第三脉冲713的平均强度与第四脉冲714和第五脉冲715的平均强度之间的差等于或大于第三阈值时，可以选择第四脉冲714和第五脉冲715，因为第四脉冲714和第五脉冲715比第一脉冲711和第三脉冲713具有更大的平均强度。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为固定的记录长度，但可以使用具有灵活长度的超声波示图，用于在所公开的方法100中选择匹配的脉冲格式。
图10是图4中的超声装置220的备选实施方式。在图10中，超声检测设备800被提供为具有超声装置220、处理器810和记录器820。超声装置220能够以与上文参考图4所示和所述的方式相同的方式而提供。在图10中，类似于图4，超声装置220可以使所编码的超声波251沿各个方向发射，用于沿每个方向检测物体。当遇到物体250时，所编码的超声波251可被反射。所反射的超声波255可以到达超声装置220并且由与超声装置220相关联的接收传感器212所接收，所述接收传感器212诸如为第一接收传感器212A(在图4中示出)。
在超声检测设备800的优选实施方式中，可以提供处理器810，用于处理反射的超声波255。处理器810可以通过以参考图7所示和所述的方式选择与超声波251的间隔相匹配的脉冲格式，来对接收到的超声波脉冲进行解码。处理器810可以继而计算对应的所发射脉冲与所接收脉冲之间的时间流逝，并基于该时间流逝来计算超声装置220与物体250之间的距离。处理器810可以包括任何可商购的处理芯片。处理器810还可以是针对超声检测设备800而专门生产的定制处理芯片。
附加地和/或备选地，处理器810可以包括一个或多个通用微处理器(例如，单核处理器或多核处理器)、专用集成电路、专用指令集处理器、数据处理单元、物理处理单元、数字信号处理单元、协处理器、网络处理单元、音频处理单元、加密处理单元等。处理器810可被配置用于执行本文所述的任何方法，包括但不限于与障碍物检测有关的多种操作。在一些实施方式中，处理器810可以包括专门的硬件，用于处理与障碍物检测有关的特定操作。
处理器810通常可以经由硬件或无线连接而与超声装置220相关联。当连接经由硬件或无线连接时，处理器810可以是超声装置220的集成部分和/或在本地布置于提供超声装置220的平台(未示出)上。处理器810还可以是相对于超声装置220而言的单独部件，和/或经由无线连接而远程布置。在这样的情况下，处理器810可以布置在控制中心、坞站和/或其他移动平台中。当处理器810未与超声装置220布置在相同的移动平台上时，移动平台的负载可以因为所述布置而改善。
在示例性实施方式中，每个超声模块210可以具备单个处理器810。在优选实施方案中，处理器810可被提供为集中式处理器810，用于控制与超声装置220相关联的所有超声模块210，或者针对每个超声模块210的处理器810可以至少部分地集成以形成集中式处理器810。
在一些备选实施方式中，可以提供可选的记录器820，用于存录关于由每个发射传感器211发射以及/或者由每个接收传感器212接收的超声波的全部或部分相关信息。记录器820可以是任何物理类型的记录器或记录应用程序。可以向超声装置220提供任何类型的可商购记录器或记录应用程序。记录器820可以可操作地与超声装置220相连接，以使得记录器820可以与超声装置220交换数据，所述数据包括表示反射的超声波255的脉冲的信息。如参考图7所示和所述，所述数据可以由处理器810使用，用于选择反射的超声波255。
另外，记录器820可以与处理器810相连接，以使得处理器810可以在处理器810与记录器820之间交换信息。在记录器820与处理器810之间交换的信息可以包括表示反射的超声波255的记录信息，该信息可以用于确定距正被检测的物体250的距离。
记录器820与超声装置220之间的连接以及记录器820与处理器810之间的连接可以是物理连接或无线连接。记录器820可以与超声装置220和/或处理器810集成于或在本地布置于相同的平台上。当远程布置时，记录器820可以经由无线连接与处理器810和/或超声装置220相连接。
现转到图11，在备选实施方式中，图10中的超声检测设备800还可以包括可选的存储器822，用于储存由记录器820记录的信息。存储器822可以可操作地与记录器820相连接。存储器822可以直接地或经由任何其他组件连接至超声检测设备800的任何组件并与之相通信。存储器822可以与超声装置220、处理器810和/或记录器820集成于或在本地布置于相同的平台上。当被远程地布置时，记录器820可以经由无线连接与记录器820和/或处理器810相连接。
存储器822可以包括任何形式的可商购存储器，包括但不限于随机存取存储器(“RAM”)、静态RAM、动态RAM、只读存储器(“ROM”)、可编程ROM、可擦除可编程ROM、电可擦可编程ROM、闪速存储器、安全数字(“SD”)卡等。
图12示出了与超声装置220(在图4中示出)一起安装的移动系统900的实施方式。移动平台900被示出为包括马达和螺旋桨的无人飞行器(“UAV”)900。无人飞行器900是在机上无人类飞行员的航空器，其飞行可以自主控制或由远程飞行员控制(或者有时两者兼有)。无人飞行器900如今在民用应用中得到越来越多的使用，所述民用应用涉及各种空中操作，诸如数据收集和/或数据递送。本文公开的本系统和方法可以适合于许多类型的无人飞行器900，包括但不限于四轴飞行器(亦称为四旋翼直升机或四旋翼)，单旋翼、双旋翼、三旋翼、六旋翼和十旋翼的旋翼无人飞行器，固定翼无人飞行器以及混合的旋翼-固定翼无人飞行器。
在图12中，超声装置100被示为具有第一超声模块210A，该第一超声模块210A与第一发射传感器211A和第一接收传感器212A一起布置在超声装置220的一侧上。第二超声模块210B与第二发射传感器211B和第二接收传感器212B一起布置在超声装置220的另一侧上。还有两个超声模块210(未示出)可以提供在超声装置220的各侧中的每一侧处。在图12中，超声装置210中的每一个可以检测移动平台900一侧的物体。
在一些实施方式中，超声装置220可以悬置在无人飞行器900的机身910的下方，如图12中所示。超声装置220还可以布置在无人飞行器900的顶部上、无人飞行器900的一侧上或与无人飞行器900物理集成。包括处理器810、记录器820和/或存储器822的组件中的每一个均可与超声装置220物理集成或者布置在无人飞行器900的机身910的内部。不论位置如何，处理器810、记录器820和/或存储器822均可以可操作地连接至无人飞行器900。
图13示出了超声装置220的另一备选实施方式(如图4中示出)，其中超声装置220安装在移动平台1000上。移动平台1000示出为汽车1100，包括车身1010和车轮(未示出)。在该实施方式中，超声装置220可以布置在汽车1100的车身1010的任何位置处。处理器810、记录器820和存储器822可以与超声装置220和/或移动平台1000相集成。
如参考图4所述，图13中示出的超声装置220可以布置在分离的配置中，超声模块210A、210B、210C和210D中的每一个布置在汽车1100的每个角处。在图13中，第一超声发射传感器211A和第一超声接收传感器212A可以布置在司机角处，第二超声发射传感器211B和第二超声接收传感器212B可以布置在乘客角处。另外，第三超声发射传感器211C和第三超声接收传感器212C可以布置在一个后侧角处；而第四超声发射传感器211D和第四超声接收传感器212D可以布置在另一后侧角处。
尽管仅出于说明性目的而示出和描述为无人飞行器900或汽车1100，但移动平台1000可以是任何合适的移动平台，包括但不限于航空器、直升机、船只、船舶、其各种混合等。
所述实施方式易于具有各种修改和备选形式，并且其具体示例已经通过示例的方式在附图中示出并在本文中得到详细描述。然而，应当理解，所述实施方式并不限于所公开的特定形式或方法，而相反，本公开内容目的在于覆盖所有修改、等效项和备选项。

Claims (54)

1.一种用于检测物体的方法，包括：
接收多个反射的超声波，每个超声波被独特地编码并且从信号源沿各个方向发射；以及
对所述反射的超声波进行解码，以确定所述物体的存在或位置。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括使独特编码的超声波沿各个方向发射。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述发射所述独特编码的超声波包括发射独特格式的超声脉冲。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述发射所述独特格式包括以独特间隔发射所述超声脉冲。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述以所述独特间隔发射所述超声脉冲包括以选自一毫秒到一百毫秒的范围的间隔值来发射超声脉冲。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括记录所述多个反射的超声波。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中所述对所述反射的超声波进行解码还包括从所述多个反射的超声波中搜索所述独特格式的超声脉冲。
8.根据权利要求7所述的方法，其中搜索所述独特格式的超声脉冲包括搜索与所发射的超声脉冲的所述独特间隔相匹配的超声脉冲。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述搜索所述超声脉冲包括：当仅存在一种超声脉冲格式与所反射的超声波中的所述独特间隔相匹配，并且处于该格式下的所述超声脉冲的强度差小于第一阈值时，选择与所述独特间隔相匹配的超声脉冲格式。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述与所述独特间隔相匹配包括：当所述格式的间隔与所述独特间隔之间的差小于第二阈值时，确定所述格式与所述独特间隔相匹配。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述搜索所述超声脉冲包括：选择具有小于所述第一阈值的强度差的超声脉冲。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述对所反射的超声波进行解码包括：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配，并且所述格式的平均脉冲强度差小于第三阈值时，从所述多个反射的超声波中选择与所述独特间隔相匹配的第一超声脉冲格式。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中所述对所编码的超声波进行解码包括：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配，并且所述格式的平均脉冲强度差大于第三阈值时，从所记录的反射超声波中选择与所述独特间隔相匹配的最强超声脉冲格式。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，还包括通过计算多个平均格式强度的差值来确定平均脉冲强度差，
其中通过对处于所述格式下的所有脉冲的强度求平均来提供每个平均格式强度。
15.一种用于在预定方向上检测物体的方法，包括：
根据权利要求1至14中任一项，沿所述预定方向中的每一个检测物体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述预定方向包括四个方向。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述四个方向包括正向、后向和两个侧向。
18.一种包括用于在预定方向上检测物体的指令的计算机程序产品，其被配置用于根据权利要求1至17中任一项来执行检测过程。
19.一种用于检测物体的超声装置，包括：
接收传感器，其用于接收多个反射的超声波，每个超声波被独特地编码并且从信号源沿各个方向发射；以及
处理器，其用于对所述反射的超声波进行解码以确定所述物体的存在或位置。
20.根据权利要求19所述的超声装置，还包括发射传感器，其用于使独特编码的超声波沿各个方向发射。
21.根据权利要求20所述的超声装置，其中所述独特编码的超声波以独特格式的超声脉冲发射。
22.根据权利要求21所述的超声装置，其中所述独特格式包括具有独特间隔的超声脉冲。
23.根据权利要求22所述的超声装置，其中所述独特间隔选自一毫秒到一百毫秒的范围。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的超声装置，还包括记录器，其用于记录所述多个反射的超声波。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的超声装置，其中所述处理器被配置用于从所述多个反射的超声波中搜索所述独特格式的超声脉冲。
26.根据权利要求25所述的超声装置，其中所述处理器被配置用于搜索与所发射的超声脉冲的所述独特间隔相匹配的超声脉冲。
27.根据权利要求26所述的超声装置，其中所述处理器被配置用于：当仅存在一种超声脉冲格式与来自所反射的超声波的所述独特间隔相匹配，并且处于该格式下的所述超声脉冲的强度差小于第一阈值时，选择与所述独特间隔相匹配的超声脉冲格式。
28.根据权利要求27所述的超声装置，其中当所述格式的间隔与所述独特间隔之间的差小于第二阈值时，所述格式与所述独特间隔相匹配。
29.根据权利要求28所述的超声装置，其中所述处理器被配置用于选择具有小于所述第一阈值的强度差的超声脉冲。
30.根据权利要求29所述的超声装置，其中所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配，并且所述格式的平均脉冲强度差小于第三阈值时，从所述多个反射的超声波中选择与所述独特间隔相匹配的第一超声脉冲格式。
31.根据权利要求29或权利要求30所述的超声装置，其中所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配，并且所述格式的平均脉冲强度差大于第三阈值时，从所记录的反射超声波中选择与所述独特间隔相匹配的最强超声脉冲格式。
32.根据权利要求30或权利要求31所述的超声装置，其中通过计算多个平均格式强度的差值来确定平均脉冲强度差，
其中通过对处于所述格式下的所有脉冲的强度求平均来提供每个平均格式强度。
33.一种用于在预定方向上检测物体的系统，包括：
针对所述预定方向的多个超声装置，每个超声装置根据权利要求19至32中任一项而提供。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述预定方向包括四个方向。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述四个方向包括正向、后向和两个侧向。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的系统，还包括存储器，其用于储存所反射的超声波。
37.根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其中各个超声装置的所述处理器至少部分地集成，以形成集中式处理器。
38.一种移动平台，包括：
根据权利要求33至37中任一项而提供的系统。
39.根据权利要求38所述的移动平台，其中所述移动平台是无人飞行器或汽车。
40.一种物体检测系统，包括：
多个发射传感器，每个发射传感器用于发射独特编码的超声波；
多个接收传感器，每个接收传感器与相应的发射传感器相对应，用于接收反射的超声波；以及
处理器，用于对所接收的超声波进行解码，以识别所接收的超声波的来源和反射方式。
41.根据权利要求40所述的系统，其中所述独特编码的超声波以独特格式的超声脉冲发射。
42.根据权利要求41所述的系统，其中所述独特格式包括具有独特间隔中的超声脉冲。
43.根据权利要求42所述的系统，其中所述独特间隔选自一毫秒到一百毫秒的范围。
44.根据权利要求40至43中任一项所述的系统，还包括记录器，其用于记录所述多个反射的超声波。
45.根据权利要求40至44中任一项所述的系统，其中所述处理器被配置用于：从所述多个反射的超声波中，搜索针对每个接收传感器的所述独特格式的超声脉冲。
46.根据权利要求45所述的系统，其中所述处理器被配置用于：搜索与从每个对应的发射传感器发射的所述超声脉冲的所述独特间隔相匹配的超声脉冲。
47.根据权利要求46所述的系统，其中所述处理器被配置用于：当仅存在一种超声脉冲格式与来自所反射的超声波的所述独特间隔相匹配，并且处于该格式下的所述超声脉冲的强度差小于第一阈值时，选择与所述独特间隔相匹配的超声脉冲格式。
48.根据权利要求47所述的系统，其中当所述格式的间隔与所述独特间隔之间的差小于第二阈值时，所述格式与所述独特间隔相匹配。
49.根据权利要求48所述的系统，其中所述处理器被配置用于选择具有小于所述第一阈值的强度差的超声脉冲。
50.根据权利要求49所述的系统，其中所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配，并且所述格式的平均脉冲强度差小于第三阈值时，从所述多个反射的超声波中选择与所述独特间隔相匹配的第一超声脉冲格式。
51.根据权利要求49或权利要求50所述的系统，其中所述处理器被配置用于：当存在两种或更多种超声脉冲格式与所述独特间隔相匹配，并且所述格式的平均脉冲强度差大于第三阈值时，从所记录的反射超声波中选择与所述独特间隔相匹配的最强超声脉冲格式。
52.根据权利要求50或权利要求51所述的系统，其中通过计算多个平均格式强度的差值来确定平均脉冲强度差，
其中通过对处于所述格式下的所有脉冲的强度求平均来提供每个平均格式强度。
53.一种移动平台，包括：
根据权利要求40至52中任一项而提供的系统。
54.根据权利要求53所述的移动平台，其中所述移动平台是无人飞行器或汽车。
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