CN113589292A - 超声波传感器近距离障碍物识别方法、芯片、系统及车辆 - Google Patents

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CN113589292A CN202110872463.7A CN202110872463A CN113589292A CN 113589292 A CN113589292 A CN 113589292A CN 202110872463 A CN202110872463 A CN 202110872463A CN 113589292 A CN113589292 A CN 113589292A
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何德仁
周江勇
林志奇
付杰
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    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Abstract

本发明公开一种超声波传感器近距离障碍物识别方法，包括：(1)存储超声波传感器的余振波形信号；(2)控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；(3)将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，若特征变化明显则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。本发明在无法规避超声波传感器余振的前提下，通过分析时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号，判断近距离是否有障碍物存在，解决了本领域现存的技术难题。

Description

超声波传感器近距离障碍物识别方法、芯片、系统及车辆
技术领域
本发明属于传感及信息处理技术领域，具体涉及超声波传感器近距离障碍物识别方法、系统及车辆。
背景技术
目前，泊车系统借助超声波传感器计算车辆与障碍物之间的距离，即，超声波传感器振动发射的超声波，在遇到障碍物后反射回波给超声波传感器，通过计算超声波发射和接收的时间差，获得超声波传感器到障碍物的距离。
超声波传感器的关键元件之一是压电器件，压电器件振动后由于其物理特性的原因难免会有余振，即超声波传感器在发射有效波之后，其机械振动不能快速消散，仍然存在余振波现象。如果在余振未结束前，超声波传感器发射的超声波遇到了障碍物并反射了回波，那么，由于余振的影响，该超声波传感器不能区分出正常的障碍物的反射回波，这就使得近距离障碍物探测成为本领域的一个难题。
现有技术由于余振波的存在，往往放弃了对该波段的分析判断，导致了盲区的存在；或者，现有技术是通过对压电器件乃至传感器整体的物理特性的优化来减少余振，但收效甚少且无法根除余振现象；再者，现有技术还期望通过多次不同方式的探测，但感测控制及识别过程比较复杂。
发明内容
本发明旨在提供一种超声波传感器近距离障碍物识别方法、系统及车辆，能够有效识别近距离障碍物。本发明通过以下技术方案实现：
一种超声波传感器近距离障碍物识别方法，包括：
(1)存储超声波传感器的余振波形信号；
(2)控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
(3)将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，若特征变化明显则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
具体地，所述余振波形信号在所述超声波传感器出厂前于无近距离障碍物环境下检测获取。
具体地，所述余振波形信号在所述超声波传感器装车后定时于无近距离障碍物环境下检测获取并更新。
具体地，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行幅值的比对。
具体地，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行相位的比对。
具体地，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行频率的比对。
具体地，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行波形平滑性的比对。
具体地，当步骤(3)判断为感测到近距离障碍物时，还包括步骤(4)：判断所述差异发生于所述超声波传感器余振波段的具体位置，进而换算出近距离障碍物的具体距离。
一种超声波传感器芯片，其特征在于，包括：
余振波形信号存储模块，存储并管理超声波传感器的余振波形信号；
传感控制模块，控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
近距离障碍物识别模块，将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，如果差异大于预设阈值则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
一种车辆，其特征在于，其采用的超声波传感器设置有上文所述的超声波传感器芯片。
一种超声波传感器近距离障碍物识别系统，包括超声波传感器及传感器控制器，其特征在于，所述传感器控制器包括：
余振波形信号存储模块，存储并管理超声波传感器的余振波形信号；
传感控制模块，控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
近距离障碍物识别模块，将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，如果差异大于预设阈值则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
一种车辆，其特征在于，设置有上文所述的超声波传感器近距离障碍物识别系统。
本发明在无法规避超声波传感器余振的前提下，通过分析时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号，判断其内是否叠加了障碍物回波信号，使得余振信号的特性(幅值、相位等)发生变化，利用信息处理等技术手段提取特征变化，判断近距离是否有障碍物存在，解决了本领域现存的技术难题。
附图说明
图1是超声波传感器发射超声波时有效波段及余振波段的波形图。
图2是超声波传感器的有效波遇到障碍物反射的回波信号的波形图。
图3是本发明实施例提供的超声波传感器近距离障碍物识别方法的流程图。
图4为本发明实施例提供的超声波传感器近距离障碍物识别方法中待识别波形幅值有明显变化的示例图。
图5为本发明实施例提供的超声波传感器近距离障碍物识别方法中待识别波形平滑度有明显变化的示例图。
图6为本发明实施例提供的超声波传感器近距离障碍物识别方法中待识别波形解析出两个频率的示例图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明方法作进一步的详细说明。
如图1所示，超声波传感器正常发射超声波时，有效波段结束后是余振波段，余振波包括若干个逐渐衰减的信号脉冲1、2、3、4、5…。此外，发射出去的有效波，如果遇到障碍物，则反射回来图2所示的回波信号。如果障碍物的距离比较近，则反射回来的回波信号就在时域上落入超声波传感器的余振波段，本发明旨在通过对时域上位于超声波传感器余振波段的待识别信号是单纯的余振波形信号，还是已经叠加了回波信号，从而判断是否存在近距离障碍物。
结合图3所示，本实施例提供的超声波传感器近距离障碍物识别方法，包括：
(1)存储超声波传感器的余振波形信号，用于后续使用过程中作为一个参考比对的信号被调用。其中，余振波形信号在超声波传感器出厂前于无近距离障碍物环境下检测获取。此外，考虑超声波传感器装配到车辆上时，其余振波形信号可能会发生变化，所以本实施例还在所述超声波传感器装车后定时于无近距离障碍物环境下检测获取并更新所述余振波形信号，以使得存储及供调用的余振波形信号为当前最真实的可参考比对的信号，例如每次上电时都会读取或更新余振，或者在车辆保养、软件更新时。
(2)控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号。该待识别波形信号可能单纯的余振波形信号，也可能是包含余振波形信号和回波信号的符合信号。当然，该过程也不排除获取超声波传感器余振波段以外时域的感测信号。
(3)将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，如果差异大于预设阈值则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
具体地，步骤(3)中可以将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行幅值的比对。例如，若回波信号与余振波形信号相位接近，则某几个脉冲的幅值可能加大，参见图4所示；反之，若相位相反，则脉冲幅值可能下降。总的来说，判断待识别波形信号的脉冲幅值相比所述余振波形信号的第1～7个脉冲幅值的变化是否超过预设阈值，是则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
具体地，步骤(3)中可以将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行波形平滑性的比对。如图5所示，若回波信号与余振波形信号相位差异大，则可能波形失真明显，出现明显的毛刺。
具体地，步骤(3)中可以将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行频率的比对。若余振频率与近距离障碍物信号频率差异较大，则可对AD转换信号进行FFT变换做频域分析，能识别出两个频率信号，如图6所示的f1、f2，则认为一个是余振信号，另一个是障碍物的回波信号，从而识别到余振里混合障碍物信号，从而认为近距离有障碍物；
具体地，步骤(3)中可以将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行相位的比对。若无法分离出两个频率，则可采用鉴相器或FFT做相位识别，因为回波信号叠加到余振信号时相位有可能不同，鉴相器的功能或FFT的功能之一就是分离出不种相位的信号，若鉴相器或FFT能分离出两个不同相位信号，则可认为两个不同相位的信号分别对应余振和近距离障碍物信号，从而认为近距离有障碍物。
现实中，由于部分余振信号幅值较大而可能部分余振幅值放大后出现饱和而与障碍物回波信号混合后无法发生特征变化，此时可能需要缩小信号放大量或切换较大输入电阻，使这部分余振信号尚处于线性放大区，这样与障碍物信号混合后相对容易让余振特征变化明显而被识别出来。
(4)判断所述差异发生于所述超声波传感器余振波段的具体位置。如果余振波持续的时间较长时，则有必要判断所述差异发生于所述超声波传感器余振波段的具体位置，例如是发生在第2-5个脉冲期间，还是第7-10个脉冲期间，进而换算出近距离障碍物的具体距离。
上述超声波传感器近距离障碍物识别方法可以由设置于超声波传感器上的芯片实现，该芯片通过硬件电路及或程序模块实现，将最终的识别信号提供给车辆的传感器控制器或者车辆中控平台。该超声波传感器芯片具体包括：
余振波形信号存储模块，存储并管理超声波传感器的余振波形信号；
传感控制模块，控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
近距离障碍物识别模块，将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，如果差异大于预设阈值则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
本实施例还提供一种车辆，其采用的超声波传感器设置有上文所述的超声波传感器芯片。
设置于超声波传感器上的芯片实现，该芯片通过硬件电路及或程序模块实现，将最终的识别信号提供给车辆的传感器控制器或者车辆中控平台。
上述超声波传感器近距离障碍物识别方法还可以由车辆装配的超声波传感器近距离障碍物识别系统，包括超声波传感器及传感器控制器，传感器控制器通过硬件电路及或程序模块实现，将最终的识别信号提供给车辆的中控平台。
所述传感器控制器包括：
余振波形信号存储模块，存储并管理超声波传感器的余振波形信号；
传感控制模块，控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
近距离障碍物识别模块，将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，如果差异大于预设阈值则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
本实施例还提供一种车辆，该车辆设置有上述的超声波传感器近距离障碍物识别系统。
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、无需经过创造性劳动即可得到的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (12)

1.一种超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，包括：
(1)存储超声波传感器的余振波形信号；
(2)控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
(3)将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，若特征变化明显则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，所述余振波形信号在所述超声波传感器出厂前于无近距离障碍物环境下检测获取。
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，所述余振波形信号在所述超声波传感器装车后定时于无近距离障碍物环境下检测获取并更新。
4.根据权利要求1所述的超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行幅值的比对。
5.根据权利要求1所述的超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行相位的比对。
6.根据权利要求1所述的超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行频率的比对。
7.根据权利要求1所述的超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，步骤(3)中所述的比对，包括将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行波形平滑性的比对。
8.根据权利要求1所述的超声波传感器近距离障碍物识别方法，其特征在于，当步骤(3)判断为感测到近距离障碍物时，还包括步骤(4)：判断所述差异发生于所述超声波传感器余振波段的具体位置，进而换算出近距离障碍物的具体距离。
9.一种超声波传感器芯片，其特征在于，包括：
余振波形信号存储模块，存储并管理超声波传感器的余振波形信号；
传感控制模块，控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
近距离障碍物识别模块，将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，如果差异大于预设阈值则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
10.一种车辆，其特征在于，其采用的超声波传感器设置有权利要求9所述的超声波传感器芯片。
11.一种超声波传感器近距离障碍物识别系统，包括超声波传感器及传感器控制器，其特征在于，所述传感器控制器包括：
余振波形信号存储模块，存储并管理超声波传感器的余振波形信号；
传感控制模块，控制超声波传感器发射超声波并获取时域上位于超声波传感器余振波段的待识别波形信号；
近距离障碍物识别模块，将所述待识别波形信号与存储的所述余振波形信号进行比对，如果差异大于预设阈值则判断为感测到近距离障碍物，否则判断为未感测到近距离障碍物。
12.一种车辆，其特征在于，设置有权利要求11所述的超声波传感器近距离障碍物识别系统。
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