CN111413699A - 用于低频调制(lfm)啁啾信号的声学距离测量电路和方法 - Google Patents

用于低频调制(lfm)啁啾信号的声学距离测量电路和方法 Download PDF

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Abstract

本发明题为“用于低频调制(LFM)啁啾信号的声学距离测量电路和方法”。在一种形式中，一种声学距离测量电路包括频率发生器、发射机放大器、声换能器和感测电路。感测电路包括适于耦接到声换能器以接收输入信号的输入端。感测电路将输入信号的同相部分和正交部分提供给滤波器。感测电路对同相部分和正交部分进行滤波，并响应于滤波的同相部分和正交部分来计算输入信号的相位。感测电路响应于计算相位来确定输入信号的频率斜率，并将输入信号的频率斜率提供给输出端。

Description

用于低频调制(LFM)啁啾信号的声学距离测量电路和方法
技术领域
本公开整体涉及电气电路和电子电路，更具体地讲涉及声学距离测量系统。
背景技术
声学测量系统和距离测量系统在多种应用中均有使用。例如，声学测量系统用于测量从汽车系统到化石发现应用中的障碍物距离。声学测量系统一般通过首先发射声能脉冲来运行，从而产生声波。然后，记录声波飞行时间的测量值。飞行时间，即从声波起始传输直至声波的反射被接收之间的时间，确定了障碍物的距离。利用声学测量系统的汽车应用需要可靠地检测道路测量范围内的障碍物的存在。目前，单调制声学测量传感器在短距离检测范围或长距离检测范围内具有可靠的检测，但不是两者同时。例如，一些声学传感器在最小距离检测中是可靠的，但在最大距离检测中受到限制。类似地，其他声学测量传感器具有可靠的最大距离检测，但是在最小距离检测中受到限制。
附图说明
通过参照附图可更好地理解本公开，并且本公开的多个特征和优点对于本领域的技术人员为显而易见的，在附图中：
图1以框图形式示出了根据一个实施方案的声学距离测量系统；
图2以框图形式示出了用于图1的声学距离测量系统的声学距离测量电路；
图3以框图形式示出了根据实施方案的可以用于实现图2的感测电路的感测电路；
图4示出了描绘当高和低通道有限脉冲响应系数被图3的感测电路的数字滤波器施加时，发射啁啾(chirp)和发射啁啾的接收回波的频谱的曲线图；
图5示出了根据实施方案的用于计算由图2的感测电路的控制器接收的输入信号的频移的时序图；
图6示出了显示与图3的感测电路相关联的发射通道高和接收通道高的处理输出的曲线图；和
图7示出了显示与图3的感测电路相关联的发射通道高和接收通道低的处理输出的曲线图。
在不同附图中使用相同的参考符号来指示相同或类似的元件。除非另有说明，否则字词“耦接”以及其相关联的动词形式包括直接连接以及通过本领域已知的方式的间接电连接两者；并且除非另有说明，否则对直接连接的任一描述也暗示使用合适形式的间接电连接的替代实施方案。
具体实施方式
为使图示清晰简明，图中的元件未必按比例绘制，它们仅仅是示意性的而非限制性的。此外，为使描述简明，省略了熟知步骤和元件的描述和细节。本领域的技术人员应当理解，本文所用的与电路操作相关的短语“在…期间”和“在…同时”并不确切地指称某个动作在引发动作后立即发生，而是指在初始动作所引发的反应之间可能存在一些较小但合理的延迟，诸如传播延迟。另外，短语“在…同时”是指某个动作至少在引发动作持续过程中的一段时间内发生。词语“大概”或“基本上”的使用意指元件的值具有预期接近陈述值或位置的参数。然而，如本领域所熟知，可存在妨碍值或位置恰好等于陈述值或位置的微小偏差。
图1以框图形式示出了根据一个实施方案的声学距离测量系统100。
图1中的声学距离测量系统100包括：车载设备102、控制器104、扬声器164、一组传输线112、一组传感器110、障碍物120、远程距离132和短程距离133。系统控制器诸如控制器104位于车载设备102之上或之中，并向扬声器164提供对应于声音输出的电气信号。
车载设备102可通信地连接到控制器104。控制器104具有用于连接到一个或多个声换能器(诸如传感器110a-d)的输出端。控制器104具有还连接到传感器110a-d中的每一个的输入端。另外，控制器104具有用于向扬声器164提供输出信号的输出端。在一个实施方案中，传感器110a-d是超声波传感器，其发出超声波脉冲或如本文所述的声学信号，当障碍物118和/或120在声学信号的波场中时该超声波脉冲或声学信号反射离开障碍物118和/或120。声学信号一般以可听声以上频率发出。反射的脉冲信号(回波)或随机噪声由传感器110a-d中的一个或多个接收。回波的检测生成供控制器104使用的输出信号。传感器110a-d中的每一个能够产生声学信号，并且当遭遇障碍物118和/或120时感测反射的脉冲信号或回波。
在图示实施方案中，控制器104用作声学距离测量系统100的控制器，在第一时间生成用于传感器110a-d的声学信号。当发射的声学信号遭遇障碍物时，传感器110a-d对接收回波信号较为敏感。接收的回波信号用于识别远程距离132和短程距离133内的障碍物118和/或120。控制器104经由传输线112向传感器110a-d发射信号，而传感器110a-d响应地输出声学信号。每个传感器110a-d生成的声学信号远离相应的传感器110a-d行进并且通过空气传播。当控制器104停止发射声学信号时，控制器104监测传感器110a-d的回波信号，该信号可以通过打断传播中的声学信号引起。当检测到障碍物118和/或120时，在传感器110a-d中的一个或多个处接收回波。接收的回波信号由相应的传感器110a-d处理，以确定接收的回波信号是否近似等于发射的声学信号的频率斜率。如果声学信号的频率斜率不近似等于接收的回波信号，则物体不存在。响应于接收的回波信号的频率斜率近似等于发射的声学信号的频率斜率，检测到物体的存在。接收的回波信号的频率斜率经由传输线112传输到控制器104。当物体靠近与远程距离132和/或短程距离133相关联的检测区域时，控制器104报告相对于最靠近相应传感器110a-d的障碍物118和/或120的表面检测到障碍物118和/或120。针对距离、形状、高度和模糊尺寸存在变化的障碍物而言，可靠检测是必须的。另外，期望存在的特性为：避免在严重噪声条件期间由于阈值变化而造成障碍物检测误报。如下文中进一步描述的，声学距离测量系统100弥补了这些问题。
图2以框图形式示出了根据一个实施方案的用于图1的声学距离测量系统的声学距离测量电路200。声学距离测量电路200包括控制器104和传感器202。传感器202可以是例如图1的一组传感器110中的一个传感器。传感器202包括频率发生器208、发射机放大器212、声换能器214和感测电路220。
控制器104具有连接到频率发生器208的用于提供控制信号的输出端，以及用于接收频率斜率信号以通过下面将描述的方式确定物体的存在的输入端。
频率发生器208具有用于接收控制信号的输入端，以及连接到发射机放大器212的输出端。
发射机放大器212具有用于从频率发生器208接收电气信号的输入端，以及连接到声换能器214用于提供放大的电气信号的输出端。
声换能器214具有连接到发射机放大器212的输出端的输入端和输出端。声换能器214在空气中振动以产生声波，并响应于引起传感器振动的环境声波在输出端产生电气信号。声换能器214可以是例如压电传感器。
感测电路220具有连接到声换能器214的输出端的输入端，以及用于在信号功率高于阈值时响应于接收信号的频率斜率而提供频率斜率信号(否则为空值)的输出端。
控制器104具有用于接收频率斜率信号的输入端。控制器104是例如操作图1的声学距离测量系统的控制系统。
在操作中，控制器104向频率发生器208提供控制信号。频率发生器208生成信号，并且在第一时间将所生成的信号作为电气信号提供给发射机放大器212。发射机放大器212放大由频率发生器208生成的信号的功率，并且向声换能器214提供电气信号。当未实现发射机放大器212时，频率发生器208向声换能器214提供未放大信号。声换能器214振动并生成对应于所提供的输入信号的声学信号。随后，声换能器214响应于可能由回波信号或随机噪声形成的空气压力变化而振动，然后将接收的输入信号发射到感测电路220。在一个实施方案中，响应于接收到具有低能量的输入信号，感测电路220将其解释为仅包括随机噪声，并且向控制器104输出空值，但是响应于接收到具有足够能量的输入信号，感测电路220输出接收的输入信号的频率斜率。控制器104将接收的输入信号的频率斜率与控制信号的已知频率斜率进行比较。响应于输入信号的频率斜率和控制信号的已知频率斜率近似相等，控制器104检测到物体的存在。
图3以框图形式示出根据一个实施方案的可以用于实现图2的感测电路220的感测电路300。感测电路300包括模数转换器302和数字感测电路350。数字感测电路350通常包括同相/正交(I/Q)数字混频器303、数字滤波器304、用于存储有限脉冲响应(FIR)滤波器系数的存储器310、相位求导电路316、斜率计算模块318、幅值检测器322、比较器电路326、用于存储近程阈值的寄存器324以及多路复用器320。
模数转换器302具有连接到换能器(例如，图2的声换能器214)的输出端的用于接收输入信号的输入端，以及输出端。在数字感测电路350内，I/Q数字混频器303具有连接到模数转换器302的输出端的输入端、用于接收混频信号FTX的输入端、以及用于分别提供同相信号和正交信号的第一和第二输出端，该同相信号和正交信号对应于复平面中从声换能器输入的信号的幅度和相位。数字滤波器304包括标为“FIRI”的同相有限脉冲响应滤波器306和标为“FIRQ”的正交有限脉冲响应滤波器308。FIRI 306具有连接到I/Q数字混频器303的第一输出端的输入端、连接到存储器310的用于接收FIR滤波器系数的输入端以及用于提供滤波的同相信号的输出端。FIRQ 308具有连接到I/Q数字混频器303的第二输出端的输入端、连接到存储器310的用于接收FIR滤波器系数的输入端以及用于提供滤波的正交信号的输出端。相位求导电路316具有连接到数字滤波器304的输出端的用于接收滤波的同相信号的输入端、连接到数字滤波器304的输出端的用于接收滤波的正交信号的输入端以及用于提供由滤波的同相信号和滤波的正交信号表示的复信号的频率的输出端。斜率计算模块318具有连接到相位求导电路316的输出端的用于接收复信号的频率的输入端以及用于提供频率斜率的输出端。幅值检测器322具有连接到数字滤波器304的输出端的用于接收滤波的同相信号的输入端、连接到数字滤波器304的输出端的用于接收滤波的正交信号的输入端以及用于提供幅值信号的输出端。比较器326具有连接到幅值检测器322的输出端的输入端、用于接收预定幅值阈值的输入端(寄存器324)以及用于在信号的幅值大于寄存器324时提供信号的幅值的输出端。多路复用器320具有用于从斜率计算模块318接收输入信号频率斜率的输入端、用于接收空值的输入端、连接到比较器电路326的输出端的控制输入端以及连接到控制器104的输入端的输出端。
寄存器324可以根据声换能器214的空间位置以及由声换能器214检测的背景噪声的测量影响来配置，以避免障碍物的检测误报。感测电路220使用由寄存器324提供的近程阈值来限定接收的信号中的最小能量大小，该最小能量大小可以响应于来自声换能器的声学信号的传输而反映障碍物。
在操作中，如果物体反射回啁啾信号，数字感测电路350接收包括啁啾信号的回波的信号，作为在I/Q数字混频器303处的输入信号。输入信号是从图2的声换能器214(或接收机放大器，如果结合的话)接收的数字转换信号，其可以包括由有形物体反射产生的声换能器214接收的回波信号。啁啾信号是调频的，并由输入信号中的频率扫描来表示。一旦在发射信号发送后不久混响结束，啁啾回波信号就可以被检测到以用于近程物体检测。I/Q数字混频器303将输入信号移位到和频和差频，其中差频处于基带(零频率)水平。I/Q数字混频器303输出接收的信号的同相分量和正交分量两者。数字滤波器304在FIRI 306处接收同相信号，并且在FIRQ 308处接收正交信号，其中正交信号是接收的信号的正交分量。FIRI 306具有用于接收存储在存储器310中的根据被评估的通道选择的FIR滤波器系数的输入端。存储器310包括高通道FIR滤波器系数312和低通道FIR滤波器系数314，用于选择性地施加到对应数量的输入信号样本，以实现FIR滤波器。数字感测电路350在当检测到来自高通道啁啾的回波信号时施加高通道FIR滤波器系数312，并且在检测到来自低通道啁啾的回波信号时施加低通道FIR滤波器系数314。
相位求导电路316接收滤波的I和Q信号，并且将输入信号的频率输出为相位随时间的变化或
Figure BDA0002216041420000061
斜率计算模块318计算在对应于发射的啁啾信号的持续时间的滚动时间段内的频率斜率，并输出频率斜率。幅值检测器322接收输入信号的滤波同相部分和输入信号的滤波正交部分，并输出代表输入信号中能量的幅值信号。比较器电路326从寄存器324接收输入信号的幅值和近程阈值，并且当输入信号的幅值超过近程阈值时输出“1”，否则输出“0”。多路复用器320响应于输入信号的幅值大于近程阈值而输出频率斜率，否则输出由数字零表示的空值。
此外，控制器104接收输入信号的频率斜率，并将输入信号的频率斜率与发射的啁啾信号的已知频率斜率进行比较。如果输入信号的频率斜率对应于啁啾信号频率斜率，即如果它近似等于啁啾信号频率斜率，则控制器104检测到物体。响应于检测到物体的存在，控制器104确定物体的距离。发射的啁啾信号的斜率和接收的回波的斜率的频移是恒定的。控制器104外推啁啾信号的频率，然后计算输入信号的频率斜率和外推啁啾频率之间的差，以确定物体距离。控制器104响应于计算物体距离提供距离测量信号。
在一个实施方案中，通过在两个传感器上发射啁啾并在两个或更多个传感器202上并行接收啁啾，来增加声学距离测量系统100的短程和远程范围内的物体的检测覆盖范围。控制器104在两个传感器202上发射啁啾，例如传感器110b和110c。每个换能器发射高或低啁啾信号。每个感测电路300接收对应于发射的信号的输入信号，因此每个传感器在高频和低频通道上都接收。响应于物体的存在，感测电路300利用接收的回波对物体的更精确位置进行三角测量。例如，第一感测电路发射高啁啾信号，并且第二感测电路发射低啁啾信号。每个感测电路接收直接输入信号和间接输入信号。第一感测电路的直接输入信号与高啁啾信号相关，而间接输入信号与低啁啾信号相关。类似地，第二感测电路的直接输入信号与低啁啾信号相关，而间接输入信号与高啁啾信号相关。基于直接和间接信号输入，声学距离测量系统100使用三角测量来计算物体的更精确位置。控制器104基于直接和间接信号输入确定物体距第一和第二感测电路中的每一者的至少一个距离点。控制器104确定来自第一感测电路的第一距离测量值、来自第二感测电路的第二距离测量值以及第一和第二感测电路之间的已知距离。利用所确定的点，控制器104计算物体的更精确的位置，例如物体相对于传感器中的至少一个的笛卡尔坐标。
感测电路300使得能够并行接收和检测高频和低频通道两者。感测电路300确定啁啾回波斜率，同时提高信号分辨率，以提供精确的短程和远程物体检测。通过结合斜率计算模块318，声学距离测量电路100能够使用在双频通道上具有并行接收和检测的单调制来检测大约0.20米至大于7米的宽距离范围内的物体。
图4示出了描绘当高和低通道有限脉冲响应系数被图3的感测电路300的数字滤波器304施加时，发射啁啾和发射啁啾的接收回波的频谱的曲线图。图4包括高通道FIR系数频谱410和低通道FIR系数频谱420。高通道FIR系数频谱410包括位于y轴上的归一化发射(Tx)频谱和接收(Rx)灵敏度幅值(任意单位)412以及位于x轴上的δ频率(千赫兹)414。另外，高通道FIR系数频谱410包括高通道Tx啁啾信号416和Rx啁啾信号418。类似地，低通道FIR系数频谱420包括位于y轴上的Tx频谱和Rx灵敏度幅值(任意单位)412和位于x轴上的δ频率(千赫兹)414。低通道FIR系数频谱420还包括低通道Tx啁啾信号426和接收啁啾信号428。
在操作中，数字滤波器304是双通道复合滤波器，其接收输入信号的同相部分和输入信号的正交部分。数字滤波器304被设置为高通道或低通道，并抑制来自未选择通道的信号。在一个示例中，高通道和低通道频率彼此接近，因此利用具有高噪声抑制和高阶的滤波器来分离两个通道。使用足够数量的样本和相应数量的系数来提供所选频率范围之外的急剧衰减，以分离两个通道。数字滤波器304使用高通道系数312或低通道系数314来抑制不指示发射的啁啾的接收的信号内容。响应于两个传感器以不同频率并行发射，每个传感器使用时分复用在两个频率通道上并行检测。响应于滤波的高和/或低通道信号中的足够能量，感测电路300计算数字滤波器304的频率带宽中滤波的信号的频率斜率。感测电路300的剩余电路检测滤波的信号是否具有足够的能量来计算有意义的频率斜率。
图5示出了根据一个实施方案的用于计算由图2的感测电路的控制器接收的输入信号的频移的时序图。时序图500包括位于y轴上的频率502(任意单位)和位于x轴上的时间504(任意单位)。另外，时序图500包括Tx啁啾信号频率波形505、外推的Tx啁啾信号频率波形508和接收的信号频率波形510。Tx啁啾信号频率波形505具有特性频率斜率。外推的Tx啁啾信号频率波形508是时间上延伸的Tx啁啾信号频率波形505的视觉表示，并且其斜率保持恒定。响应于接收到输入信号，感测电路300计算作为时间函数的输入信号的频率，并且如果输入信号具有足够的能量，则计算输入信号的斜率。如果由于生成的脉冲信号与物体相互作用而接收到实际啁啾回波，则频率分布与Tx啁啾信号频率的频率分布基本上相同，导致它们的频率斜率近似相等。此外，如果检测到实际啁啾回波，则外推的Tx啁啾信号频率波形508和接收的信号频率波形510之间的频移对应于障碍物离传感器的距离。因此，通过外推Tx啁啾信号频率斜率并在检测到实际啁啾回波之后测量其与接收的信号频率之间的频率差，声学距离测量电路200方便且准确地测量距离。
图6示出了显示与图3的感测电路相关联的发射通道高和接收通道高的处理输出的曲线图。发射(Tx)通道高和接收(Rx)通道高时序图600包括位于左y轴上的幅值标度(毫伏)602、位于x轴上的距离标度(厘米)604和位于右y轴上的δ频率标度(赫兹)606。另外，Tx通道高和Rx通道高时序图600包括混响结束点608、高频通道幅值612、幅值近信号614、频率斜率近信号616和幅值低信号618。
混响结束点608识别物体检测开始的点。高频通道幅值612是在被复合滤波器例如数字滤波器304(图3)滤波之后的输入信号的幅值。高频通道幅值612与噪声阈值(寄存器324)进行比较，并识别由数字滤波器304接收的真实信号与噪声。频率斜率近信号616描绘了由于与物体的相互作用而存在导致混响结束点608之后的频率斜率的向下啁啾信号。频率斜率近信号616被提供给控制器104。控制器104比较频率斜率近信号616与发射啁啾信号斜率。高频通道幅值612描绘了最初在40cm处检测到物体。控制器104计算频率斜率近信号616和发射啁啾信号的δ频率，以确定物体的更精确距离。
图7示出了显示与图3的感测电路相关联的发射通道高和接收通道低的处理输出的曲线图。Tx通道高和Rx通道低时序图700包括位于左y轴上的幅值标度(毫伏)702、位于x轴上的距离(厘米)704和位于右y轴上的δ频率(赫兹)706。另外，Tx通道高和Rx通道低时序图700包括：混响结束点708、高频通道幅值712、幅值近信号714、和频率近信号716。
混响结束点708识别物体检测开始的点。高频通道幅值712是在被复合滤波器例如数字滤波器304(图3)滤波之后的输入信号的幅值。高频通道幅值712与噪声阈值(寄存器324)进行比较，并识别由数字滤波器304接收的真实信号与噪声。频率近信号716描绘了在混响结束点708之前存在随机频率信号，并且在混响结束点708之后对于频率近信号716存在近似零幅值的测量值。频率近信号716没有斜率，因此没有物体被检测到。
上文所公开的主题应被视为示例性的而非限制性的，并且所附权利要求书旨在涵盖落在权利要求书的真实范围内的所有此类修改、增强和其他实施方案。所公开的技术可以用于双通道(多通道)和单通道声学距离测量系统两者。双通道(多通道)和单通道声学距离测量系统都同时利用单调制声学测量传感器在短距离和长距离检测范围内进行可靠检测。双通道声学距离测量系统利用真正的双通道识别来同时检测高通道和低通道两者处的回波。在另一个实施方案中，单通道声学距离测量系统在多个传感器上并行发射和接收，以能够在高通道和低通道两者处检测由于物体检测而产生的回波。由单调制传感器提供的真正的双通道检测有利地使得能够并行检测从在近距离(例如小于0.15米)处和长距离(例如大于7米)处的障碍物接收的回波。
在一种形式中，声学距离测量电路包括：频率发生器，其具有用于提供啁啾信号的输出端；发射机放大器，其具有耦接到频率发生器的输出端的输入端和适于耦接到声换能器的输出端；感测电路，其具有适于耦接到声换能器的输入端，用于接收输入信号并提供输入信号的同相部分和正交部分，对同相部分和正交部分进行滤波，响应于滤波的同相部分和正交部分计算输入信号的相位，以及响应于该相位确定输入信号的频率斜率；以及控制器，其耦接到具有用于接收啁啾信号的输入端的感测电路，该控制器将输入信号的频率斜率与啁啾信号频率斜率进行比较，并且如果输入信号的频率斜率近似等于啁啾信号频率斜率，则检测到物体。
根据声学距离测量电路的一个方面，数字滤波器是用于提取一组高通道频率和一组低通道频率之一的线性滤波器。
根据另一个方面，声学距离测量电路还包括第一感测电路和第二感测电路。在这种情况下，声学距离测量还可以包括选择第一感测电路和第二感测电路来检测低通道啁啾回波信号和高通道啁啾回波信号。控制器还可以确定来自第一感测电路和第二感测电路中的每一者的直接和间接距离测量值，并且基于第一和第二感测电路的三角测量以及物体的距离来计算物体的位置。
在另一种形式中，方法包括：在第一时间在频率发生器处生成啁啾信号，其中频率发生器提供啁啾信号以确定障碍物的位置；在发射机放大器处接收啁啾信号，用于将啁啾信号发射到声换能器；由声换能器将接收的输入信号提供给感测电路；由数字滤波器对接收的输入信号的同相部分和正交部分进行滤波；响应于滤波的同相和正交部分计算接收的输入信号的相位；响应于该相位确定接收的输入信号频率斜率；以及将接收的输入信号频率斜率与啁啾信号频率斜率进行比较，并且响应于接收的输入信号频率斜率近似等于啁啾信号频率斜率而检测到物体。
根据一个方面，该方法还可以包括：同相和正交(I/Q)数字混频器，其用于接收输入信号和混频信号，并提供接收的输入信号的同相部分和接收的输入信号的正交部分；以及数字滤波器，其用于接收有限脉冲响应(FIR)滤波器系数，其中数字滤波器是用于提取一组高通道频率和一组低通道频率之一的线性滤波器，以及将FIR滤波器施加到接收的输入信号的同相部分和正交部分中的每一者。在这种情况下，检测物体距离还可以包括：由相位求导电路提供接收的输入信号的相位的输出；由斜率计算电路提供接收的输入信号频率斜率；以及由多路复用器多路复用接收的输入信号频率斜率和常数，其中多路复用器控制信号是比较器的输出，该比较器比较幅值和阈值；以及由多路复用器根据接收的输入信号的状态选择啁啾回波频率斜率和恒定值之一，其中恒定值指示未检测到障碍物。
根据另一个方面，该方法还可以包括：由频率发生器生成低通道啁啾信号和高通道啁啾信号中的一者作为啁啾信号；由发射机放大器发射低通道啁啾信号和高通道啁啾信号中的每一者作为啁啾信号；在第一感测电路和第二感测电路处检测低通道啁啾回波信号和高通道啁啾回波信号；确定来自第一感测电路和第二感测电路中的每一者的直接和间接距离测量值；以及基于第一和第二感测电路的三角测量和物体距离计算物体的位置。
在又一种形式中，声学距离测量电路包括：频率发生器，其具有用于提供具有啁啾信号频率斜率的啁啾信号的输出端；发射机放大器，其具有耦接到频率发生器的输出端的输入端和适于耦接到声换能器的输出端；感测电路，其具有适于耦接到声换能器的输入端，用于确定输入信号的频率斜率；以及控制器，其耦接到具有用于接收输入信号的频率斜率的输入端的感测电路，并将输入信号的频率斜率与啁啾信号频率斜率进行比较，并且响应于输入信号的频率斜率近似等于啁啾信号频率斜率而检测到物体。
根据一个方面，声学距离测量电路的控制器是专用集成电路和电子控制单元中的一者。
虽然通过特定优选的实施方案和示例性实施方案描述了主题，但本说明书的前述附图和描述仅仅描绘了主题的典型实施方案，因此并不将前述附图和描述视为限制其范围，对本领域技术人员而言，许多备选方案和变型都将是显而易见的。本公开的各方面具有的特征可少于前文公开的单个实施方案的所有特征。

Claims (10)

1.一种声学距离测量电路，包括：
频率发生器，所述频率发生器具有用于提供啁啾信号的输出端；
发射机放大器，所述发射机放大器具有耦接到所述频率发生器的所述输出端的输入端，以及适于耦接到声换能器的输出端；
感测电路，所述感测电路具有适于耦接到所述声换能器的输入端，用于接收输入信号并提供所述输入信号的同相部分和正交部分，对所述同相部分和所述正交部分进行滤波，响应于滤波的同相部分和正交部分计算所述输入信号的相位，以及响应于所述相位确定所述输入信号的频率斜率；和
控制器，所述控制器耦接到具有用于接收所述啁啾信号的输入端的所述感测电路，所述控制器将所述输入信号的所述频率斜率与啁啾信号频率斜率进行比较，并且如果所述输入信号的所述频率斜率近似等于所述啁啾信号频率斜率而检测到物体。
2.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路仅在所述输入信号的幅值大于阈值时提供所述输入信号。
3.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述控制器基于所述输入信号的所述频率斜率和外推的啁啾信号频率斜率的频移来确定物体距离。
4.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路包括：
同相和正交I/Q数字混频器，所述I/Q数字混频器具有耦接到所述声换能器的所述输出端的第一输入端、用于接收混频信号的第二输入端、以及用于提供所述啁啾信号的同相部分和所述啁啾信号的正交部分的输出端；和
数字滤波器，所述数字滤波器具有耦接到所述I/Q数字混频器的所述输出端的输入端、用于接收有限脉冲响应FIR滤波器系数的输入端、用于提供所述输入信号的所述滤波的同相部分的第一输出端、以及用于提供所述输入信号的所述滤波的正交部分的第二输出端。
5.根据权利要求4所述的声学距离测量电路，其中：
所述频率发生器选择性地生成低通道啁啾信号和高通道啁啾信号中的一者作为所述啁啾信号；并且
所述数字滤波器还：
在检测到来自低通道啁啾的回波信号时施加预定数量的低通道FIR滤波器系数；以及
在检测到来自高通道啁啾的回波信号时施加预定数量的高通道FIR滤波器系数。
6.根据权利要求4所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路还包括：
相位求导电路，所述相位求导电路具有耦接到所述数字滤波器的所述输出端的输入端和用于提供所述输入信号的相位的输出端；
斜率计算电路，所述斜率计算电路具有耦接到所述相位求导电路的所述输出端的输入端和用于提供所述啁啾信号频率斜率的输出端；
多路复用器，所述多路复用器具有耦接到所述斜率计算电路的第一输入端、用于接收常数的第二输入端、用于接收回波检测信号的控制输入端以及用于提供根据所述回波检测信号的状态选择的多路复用器的所述第一输入端和第二输入端之一的输出端；
幅值检测器，所述幅值检测器具有用于接收所述滤波的同相部分的第一输入端、用于接收所述滤波的正交部分的第二输入端和用于提供幅值信号的输出端；和
比较器电路，所述比较器电路具有耦接到所述幅值检测器的所述输出端的第一输入端、用于接收预定幅值阈值的第二输入端以及用于提供所述回波检测信号的输出端。
7.一种方法，包括：
在第一时间在频率发生器处生成啁啾信号，其中，所述频率发生器提供所述啁啾信号以确定障碍物的位置；
在发射机放大器处接收所述啁啾信号，用于将所述啁啾信号发射到声换能器；
由所述声换能器将接收的输入信号提供给感测电路；
由数字滤波器对所述接收的输入信号的同相部分和正交部分进行滤波；
响应于滤波的同相部分和正交部分计算所述接收的输入信号的相位；
响应于所述相位确定接收的输入信号频率斜率；以及
将所述接收的输入信号频率斜率与啁啾信号频率斜率进行比较，并且响应于所述接收的输入信号频率斜率近似等于所述啁啾信号频率斜率而检测到物体。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
响应于所述接收的输入信号的幅值大于阈值，提供所述接收的输入信号频率斜率；以及
基于所述啁啾信号频率斜率的频移确定物体距离。
9.一种声学距离测量电路，包括：
频率发生器，所述频率发生器具有用于提供具有啁啾信号频率斜率的啁啾信号的输出端；
发射机放大器，所述发射机放大器具有耦接到所述频率发生器的所述输出端的输入端，以及适于耦接到声换能器的输出端；
感测电路，所述感测电路具有适于耦接到所述声换能器的输入端，用于确定输入信号的频率斜率；和
控制器，所述控制器耦接到具有用于接收所述输入信号的所述频率斜率的输入端的所述感测电路，并将所述输入信号的所述频率斜率与所述啁啾信号频率斜率进行比较，并且响应于所述输入信号的所述频率斜率近似等于所述啁啾信号频率斜率而检测到物体。
10.根据权利要求9所述的声学距离测量电路，其中，所述控制器基于所述输入信号的所述频率斜率和外推的啁啾信号频率斜率之间的频移来计算所述物体的距离。
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