CN209894972U

CN209894972U - 声学距离测量电路

Info

Publication number: CN209894972U
Application number: CN201822136513.1U
Authority: CN
Inventors: M·哈萨瓦; T·萨奇
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: US20190212423A1; US10976423B2

Abstract

在一种形式中，本实用新型公开了一种声学距离测量电路，所述声学距离测量电路包括发射机放大器、声换能器和感测电路。所述感测电路包括适于耦接到所述声换能器的输入端，用于提供啁啾尾相关信号的第一相关输出端，以及用于提供全啁啾相关信号的第二输出端。所述感测电路响应于将啁啾尾信号图案与接收的信号相关而提供所述啁啾尾相关信号，并且响应于将全啁啾信号图案与所述接收的信号相关而提供全啁啾相关信号。另外，所述声学距离测量电路包括适于耦接到所述感测电路的控制器，所述控制器具有用于接收所述啁啾尾相关信号和所述全啁啾相关信号的第一输入端，以用于确定短程飞行时间信号和远程飞行时间信号。

Description

声学距离测量电路

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电路。

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在宽测量范围内可靠地检测障碍物的存在。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(但不是两者)内具有可靠的检测。例如，声学传感器在最小距离检测处是可靠的，但在最大距离检测中受到限制。类似地，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。

声学测量系统经常利用声换能器来发射生成的声波，同时接收反射信号或回波信号。这些系统通常具有一定距离，在该距离内不能检测到障碍物，或者需要多种测量模式来覆盖期望的检测范围。在声学测量系统中，低最小距离检测和高最大距离是优选的；然而，响应于短距离测量，对回波信号超过阈值的时间的依赖性并不总是可检测的，因为可通过检测较长距离处的障碍物来掩蔽回波信号。声学测量系统的精确度非常重要。在距离检测期间在调制模式之间切换以增加最小和最大检测范围可能导致对象检测缓慢或错误。在汽车测量应用和其他声学测量应用中，任何级别的缓慢和/或错误的对象检测可能是不利的。因此，避免与声学测量系统的限制相关的低分辨率对象检测是重要的。飞行时间计算的精确度确保正确的声学测量系统功能性和相关的可靠性。

实用新型内容

本申请提供一种声学距离测量电路，能够实现精确的飞行时间计算。该声学距离测量包括：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，用于提供啁啾尾相关信号的第一相关输出端，以及用于提供全啁啾相关信号的第二输出端，其中所述感测电路响应于将啁啾尾信号图案与接收的信号相关而提供所述啁啾尾相关信号，并且响应于将全啁啾信号图案与所述接收的信号相关而提供全啁啾相关信号；和控制器，所述控制器适于耦接到所述感测电路，所述控制器具有用于接收所述啁啾尾相关信号和所述全啁啾相关信号的第一输入端，以用于确定短程飞行时间信号和远程飞行时间信号。

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通过使用全啁啾图案和啁啾尾图案实现的图2的感测电路；

图4以框图形式示出了根据实施方案的通过使用全啁啾图案实现的图2的感测电路；

图5示出了根据实施方案的时序图，用于描绘由图2的感测电路的声换能器生成的信号的传输和接收；

图6示出了根据实施方案的时序图，用于报告与图3的感测电路相关联的第一相关器和第二相关器的输出；并且

图7示出了根据实施方案的用于响应于检测到的障碍物来报告短程飞行时间信号和远程飞行时间信号的方法的流程图。

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”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，为使描述简单，省略了公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”、“在…同时”和“当…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包括车载装置102、发动机控制单元(ECU)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、以及短程距离133。系统控制器诸如ECU 104位于车载装置102之上或之中，并且向扬声器164提供对应于声音输出的电气信号。

车载装置102可通信地连接至ECU 104。ECU 104具有用于连接至一个或多个声换能器诸如传感器110的输出端。ECU 104具有同样连接至传感器110中的每个的输入端。另外，ECU 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110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120在声学信号的波场中时该脉冲或信号反射离开障碍物120。声学信号一般以可听声以上频率发出。用传感器110接收反射的脉冲信号或回波。回波的检测生成了由ECU 104使用的输出信号。传感器110中的每一者能够产生声学信号，并且当遭遇障碍物120时感测反射的脉冲信号或回波。

在图示实施方案中，ECU 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110的声学信号。当发射的声学信号遭遇障碍物时，传感器110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和远程距离133内的障碍物120。ECU104经由传输线112向传感器110传输信号，而传感器110响应地输出声学信号。每个传感器110生成的声学信号远离传感器110并且通过空气传播。当ECU 104停止传输声学信号时，ECU 104监测传感器110的回波信号，该信号可通过打断传播中的声学信号引起。当检测到障碍物120时，在传感器110之一处接收回波。用传感器110处理接收到的回波信号，以确定声学信号遭遇障碍物120的校正的飞行时间。校正的飞行时间经由传输线112传输至ECU104。当对象靠近与远程132和短程133相关联的检测区域时，ECU 104报告相对于最靠近传感器110的障碍物120的表面的障碍物120的检测。针对外形、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ECU 104、频率发生器208、发射机放大器212、声换能器214、以及感测电路220。

ECU 104连接到频率发生器208。控制信号从ECU 104输出到频率发生器208。ECU104是例如控制系统，该控制系统操作图1的声学距离测量系统。ECU 104通过以下方式来操作图1的声学距离测量系统：向频率发生器208输出控制信号，并且接收短程飞行时间信号和远程飞行时间信号。另外，ECU 104将阈值配置为时变信号。根据声换能器214的空间位置并且响应于声换能器214测出的背景噪音的测量结果，阈值被配置成避免障碍物检测误报。ECU 104利用确定的阈值来限定接收的脉冲超过噪音水平的最小幅度，以便响应于从声换能器传输声学信号而检测障碍物。

频率发生器208具有用于接收控制信号的输入端子，以及连接到发射机放大器212的输出端子。

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以用于提供放大的电气信号的输出端。

声换能器214具有用于接收放大的电气信号的输入端子，以及适于传输生成的脉冲信号(也描述为声学信号)的输出端子。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的输入端，用于接收啁啾信号作为全啁啾信号和/或啁啾尾信号的输入端，以及用于提供第一啁啾相关信号和第二啁啾相关信号的输出端。

ECU 104具有用于接收第一啁啾相关信号的输入端，以及用于接收第二啁啾相关信号的输入端。

在操作中，ECU 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。当未应用发射机放大器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振动并且生成对应于所提供的输入信号的声学信号。由声换能器214生成的声学信号行进远离声换能器214。声换能器214监测耦合剂(或空气)的回波信号，然后将对应于接收的回波信号的脉冲信号传输到感测电路220。感测电路220利用从声换能器214接收的脉冲信号以及啁啾信号的输入来确定第一相关信号。类似地，感测电路220利用从声换能器214接收的脉冲信号以及啁啾信号的输入(或其导数)来确定第二相关信号。ECU 104将第一相关信号和第二相关信号与确定的阈值进行比较以提供短程飞行时间信号和远程飞行时间信号。ECU 104响应于在混响结束之后以及在第一预定时间之前短程飞行时间信号的激活而提供距离测量信号。ECU104响应于在第一预定时间之后检测远程飞行时间信号而提供远程距离测量信号。

图3以框图形式示出了通过使用全啁啾图案和啁啾尾图案实现的图2的感测电路220；声学距离测量电路300包括模数转换器302、可用作图2的感测电路220的感测电路350、全啁啾信号图案306、啁啾尾信号图案308、以及ECU 104。感测电路350通常包括同相正交(I/Q)数字混频器304、低通滤波器310、低通滤波器312、相关器模块314、以及相关器模块316。ECU 104通常包括回波检测模块318和回波检测模块320，其中回波检测模块318和320具有用于接收预定阈值的输入端。

在感测电路350内，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，并且具有输出端。I/Q数字混频器304具有连接到模数转换器302的输出端的输入端，用于接收载波信号的输入端，以及用于提供同相信号和正交信号的第一输出端和第二输出端，该同相信号和正交信号表示从复平面中的声换能器输入的信号的振幅和相位。低通滤波器310是数字滤波器，其具有连接到I/Q数字混频器304的输出端的输入端，以及用于提供滤波的同相信号的输出端。低通滤波器312也是数字滤波器，其具有连接到I/Q数字混频器304的输出端的输入端，以及用于提供滤波的正交信号的输出端。相关器模块314具有连接到低通滤波器310的输出端的输入端，连接到低通滤波器312的输出端的输入端，用于接收啁啾尾图案308的输入端，以及用于提供啁啾尾相关信号的输出端。相关器模块316具有连接到低通滤波器310的输出端的输入端，连接到低通滤波器312的输出端的输入端，用于接收全啁啾图案306的输入端，以及用于提供全啁啾相关信号的输出端。

在ECU 104内，回波检测模块318具有连接到相关器模块314的输入端，用于接收预定阈值的输入端，以及用于提供短程飞行时间信号332的输出端。回波检测模块320具有连接到相关器模块314的输入端，用于接收预定阈值的输入端，以及用于提供远程飞行时间信号334的输出端。

在操作中，如果对象将包括啁啾信号的回波的信号反射回来，则感测电路350接收该信号作为I/Q数字混频器304处的输入信号。输入信号是从图2的声换能器214(或者如果包含的话，接收器放大器)接收的数字转换信号，该数字转换信号由声换能器214接收的回波信号产生，该回波信号由物理对象的反射产生。啁啾信号是频率调制的，因此混响处于载波频率。I/Q数字混频器304也接收第二输入信号作为载波频率下的混合信号。因此，I/Q数字混频器304将输入信号的差分分量移位到基带(零频率)并且将和分量移位到中心频率的两倍2fc。I/Q数字混频器304输出接收的信号的正交表示、或正交信号。低通滤波器310接收同相信号，并且低通滤波器312接收正交信号，其中正交信号是接收的信号的正交表示。低通滤波器310具有连接到I/Q数字混频器304的输出端的输入端，以及用于提供基带信号的滤波的同相部分的输出端。低通滤波器312具有耦接到数字混频器304的输出端的输入端，以及用于提供基带信号的滤波的正交部分的输出端。LPF 310和LPF 312滤出I/Q数字混频器304的输出的和分量。相关器模块314从低通滤波器310接收基带信号的同相部分，并且还接收啁啾尾信号图案308。相关器模块314在对应于(图1的)短程检测距离133的第一预定周期内对基带信号的同相部分和啁啾尾信号图案308进行采样。相关器模块314输出啁啾尾相关信号，其幅度表示接收的信号与啁啾尾图案之间的相关程度。类似地，相关器模块316从低通滤波器312接收基带信号的滤波的正交部分，并且还接收全啁啾信号图案306。相关器模块316在对应于(图1的)远程检测距离132的第一预定周期之后的预定时间段内对基带信号的同相部分和全啁啾信号图案306进行采样。相关器模块316输出全啁啾相关信号，其幅度表示接收的信号与全啁啾图案之间的相关程度。

另外，ECU 104在回波检测模块318处接收啁啾尾相关信号，并且在回波检测模块320处接收全啁啾相关信号。回波检测模块318和回波检测模块320还接收预定阈值。在回波检测模块318处比较啁啾尾相关信号和预定阈值。回波检测模块318响应于以大于预定阈值的幅度检测到啁啾尾相关信号和啁啾尾图案的信号匹配来确定短程位置估计。响应地，回波检测模块318输出短程飞行时间信号332以指示换能器214输出啁啾信号的时间和回波检测模块318检测到啁啾尾的时间之间的时间量。回波检测模块320比较全啁啾相关信号与预定阈值。回波检测模块320响应于以大于预定阈值的幅度检测到全啁啾相关信号和全啁啾图案的信号匹配来确定远程位置估计。响应地，回波检测模块320输出远程飞行时间信号334以指示换能器214输出啁啾信号的时间和回波检测模块320检测到全啁啾的时间之间的时间量。

声学距离测量系统300将接收的信号与全啁啾图案306相关以提供可靠的远程对象检测。声学距离测量系统300将接收的信号与啁啾尾图案308相关以提高信号分辨率并且提供准确的短程对象检测。通过将全啁啾信号图案306和啁啾尾信号图案308与双相关器模块314和316的使用结合，声学距离测量电路300能够使用单调制和/或单测量模式检测来检测宽距离范围(诸如从约0.15米到大于7米)内的对象。

图4以框图形式示出了通过使用全啁啾图案实现的声学距离测量电路400。声学距离测量电路400包括模数转换器402、可用作图2的感测电路220的感测电路450、全啁啾信号图案416、以及ECU 104。感测电路450通常包括I/Q数字混频器404和406，低通滤波器408、410、412和414，幅度检测器418，以及相关器模块420。ECU 104通常包括回波检测模块422，回波检测模块424，用于接收定义的阈值的输入端，以及用于提供短程飞行时间输出432和远程飞行时间434的输出端。

在感测电路450内，模数转换器402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，并且具有输出端。I/Q数字混频器404具有连接到模数转换器402的输出端的输入端，用于接收混合信号FTX加上Δ偏移的输入端，以及用于提供混合信号的同相和正交表示的输出端。I/Q数字混频器406具有用于接收基带信号的输入端，并且具有连接到模数转换器402的输出端的输入端，以及用于提供混合信号的同相(I)和正交(Q)表示的输出端。低通滤波器408是数字滤波器，其具有连接到I/Q数字混频器404的I输出端的输入端，以及用于提供混合信号(即，基带信号)的滤波的同相部分的输出端。低通滤波器410也是数字滤波器，其具有连接到I/Q数字混频器404的Q输出端的输入端，以及用于提供基带信号的滤波的正交部分的输出端。低通滤波器412是数字滤波器，其具有连接到I/Q数字混频器406的I输出端的输入端，以及用于提供基带信号的滤波的同相部分的输出端。低通滤波器414也是数字滤波器，其具有连接到I/Q数字混频器406的Q输出端的输入端，以及用于提供基带信号的滤波的正交部分的输出端。幅度检测器418具有连接到低通滤波器408和低通滤波器410的输出端的输入端，以及用于提供滤波基带信号的幅度的输出端。相关器模块420具有连接到低通滤波器412的输出端的输入端，连接到低通滤波器414的输出端的输入端，用于接收全啁啾信号图案416的输入端，以及用于提供全啁啾相关信号的输出端。

在ECU 104内，回波检测模块422具有连接到幅度检测器418的输出端的输入端，以及用于提供短程飞行时间输出432的输出端。回波检测模块424具有连接到相关器模块420的输入端，和用于接收预定阈值的输入端，以及用于提供远程飞行时间输出434的输出端。

在操作中，如果对象将包括啁啾信号的回波的信号反射回来，则感测电路450接收该信号作为I/Q数字混频器404处的输入信号。在该情况下，输入信号包含从(图2的)声换能器214接收的数字转换脉冲，该数字转换脉冲由声换能器214接收的回波信号产生，该回波信号由物理对象的反射产生。I/Q数字混频器404还接收输入载波信号加上Δ偏移，并且提供接收的信号的频移信号表示。接收的信号的频移信号表示朝向输入信号的啁啾尾频移。啁啾信号的尾部与换能器谐振频率不同，因此可以区分啁啾和混响的结束(换能器衰减信号)。低通滤波器408和低通滤波器410各自接收接收的信号的频移信号表示。低通滤波器408和低通滤波器410从接收的信号的频移信号表示对频谱的不期望部分进行滤波。低通滤波器408输出接收的信号的滤波的同相部分。低通滤波器410输出接收的信号的滤波的正交部分。I/Q数字混频器406将接收的信号相乘，并且将接收的信号的同相和正交表示分别输出到低通滤波器412和低通滤波器414。低通滤波器412输出混合信号的滤波的同相部分。低通滤波器414输出混合信号的滤波的正交部分。在另一个实施方案中，低通滤波器408、410、412和414可用带通滤波器代替，该带通滤波器从载波信号的同相部分和载波信号的正交部分对确定频率的噪声进行滤波。在另一个实施方案中，感测电路450能够以中间频率处理接收的信号，在该情况下，低通滤波器408、410、412和414将使用带通滤波器。

另外，幅度检测器418从低通滤波器408接收滤波的同相信号，并且还从低通滤波器410接收滤波的正交信号。幅度检测器418使用接收的信号的滤波的同相和正交部分来计算接收的回波的幅度。相关器模块420使用接收的信号的滤波的同相和正交部分确定接收的信号与全啁啾图案之间的相关程度，并且响应地输出全啁啾相关信号，其幅度表示接收的信号与全啁啾图案之间的相关程度。

此外，ECU 104在回波检测模块422处接收幅度信号。回波检测模块422还接收预定阈值。响应于检测到幅度信号大于预定阈值，回波检测模块422提供短程飞行时间输出432。另外，ECU 104在回波检测模块424处接收相关度信号，并且接收预定阈值。响应于以大于预定阈值的幅度检测到全啁啾相关信号和载波信号的信号匹配，回波检测模块424提供远程飞行时间时间输出434。

在一个实施方案中，如图所示，回波检测模块422和回波检测模块424在结构上可存在于ECU 104中，以及/或者存在于感测电路450中。例如，回波检测模块422和回波检测模块424均可定位在感测电路450中。另外，回波检测模块422定位在感测电路450中，而回波检测模块424定位在ECU 104中，并且反之亦然。另外，回波检测模块422和回波检测模块424接收预定阈值，该预定阈值对于短程对象检测和远程对象检测是类似的。在又一个实施方案中，回波检测模块422接收特定于短程对象检测的预定阈值，并且回波检测模块424接收特定于远程对象检测的预定阈值。

声学距离测量系统400将接收的信号与全啁啾图案416相关以提供可靠的远程对象检测。声学距离测量系统400实现幅度检测器418以提高信号分辨率并且提供准确的短程对象检测。通过在传输阶段期间将全啁啾信号图案416和形状调制结合到啁啾输入信号以实现啁啾尾的频率特性，声学距离测量电路400能够使用单调制和/或单测量模式检测来检测约0.15米到大于7米的宽距离范围内的对象。

图5示出了时序图，用于描绘由图2的感测电路的声换能器生成的信号的传输和接收。时序图500包括位于y轴上的复信号510以及位于x轴上的时间(微秒)512。另外，时序图500包括幅度信号502、正交信号504、同相信号506、以及混响结束点508。幅度信号502是基带信号的幅度。正交信号504是滤波的正交信号，并且同相信号506是滤波的同相信号。混响结束点508表示声换能器214的混响的预定结束。

超声波脉冲信号借助于声换能器214传输。接收的信号由声换能器214传输并且在I/Q数字混频器304处被接收，该接收的信号包括从检测到的对象反射的超声波脉冲。在I/Q数字混频器304处，将输入信号与基带信号相乘。I/Q数字混频器304输出基带信号的同相正交表示，表示为正交信号504和同相信号506，如时序图500所示。在时序图500内，在混响结束点508之前的时间说明从声换能器214传输脉冲信号的时间。幅度信号502描绘了啁啾传输的幅度。当来自检测到的对象的回波干扰混响时，预期在载波信号频率处的混响被中断。在时序图500中在2250微秒处检测到该干扰。在混响结束点508之后，检测到啁啾尾。在混响结束点508之后存在的与混响图案不同的啁啾尾信号表示在相对于声换能器214的短程距离内检测到障碍物。另外，在6000微秒之后接收的信号表示在远程处检测到的对象。

图6示出了时序图，用于报告与图3的感测电路相关联的第一相关器和第二相关器的输出。时序图600包括位于y轴上的幅度标度(伏特)610以及位于x轴上的时间(微秒)612。另外，时序图600包括混响结束点508、阈值602、啁啾尾相关信号604、以及全啁啾相关信号606。

时序图600描绘了对于短程对象检测和远程对象检测的第一相关器和第二相关器的输出。例如，在混响结束点508之后的预定时间处检测到的正交信号504和同相信号506被输入到第一相关器或相关器模块314中。响应于以大于预定阈值的幅度检测到啁啾尾相关信号和啁啾尾图案的信号匹配来确定短程位置估计。啁啾尾相关信号604描绘了短程飞行时间输出332。应用第二相关器(相关器316)以使正交信号504和同相信号506相关，以便在第二预定时间范围内检测对象的远程位置估计。响应于以大于预定阈值的幅度检测到全啁啾相关信号和全啁啾信号图案的信号匹配来确定远程位置估计。全啁啾相关信号606描绘了远程飞行时间输出334。

图7示出了用于响应于检测到的障碍物来报告短程飞行时间信号和远程飞行时间信号的方法的流程图。在框702处，在第一时间生成用于声换能器的啁啾信号。声换能器传输啁啾信号以确定障碍物的位置。在框704处，响应于在预定距离内遇到障碍物的声学信号，在声换能器处检测脉冲。在框706处，响应于将啁啾尾信号图案与反射信号相关以提供啁啾尾相关信号来检测短程飞行时间信号。将啁啾尾相关信号与阈值比较以提供短程飞行时间信号。在框708处，响应于将全啁啾信号图案与反射信号相关以提供全啁啾相关信号来检测信号。将全啁啾相关信号与阈值比较以提供远程飞行时间信号。在框710处，响应于在混响结束之后以及在第一预定时间之前远程飞行时间的激活来在ECU 104处提供距离测量信号。另外，在框710处，响应于在第一预定时间之后的远程飞行时间信号来提供距离测量信号。

上文所公开的主题应被视为示例性的而非限制性的，并且所附权利要求旨在涵盖落在权利要求的真实范围内的所有此类修改、增强和其他实施方案。在替代实施方案中，基础声学距离测量系统包括感测电路和控制器。声学测量系统借助于谐振换能器元件来传输啁啾脉冲。接收器信号(也称为回波脉冲)包括在存在障碍物时被反射的啁啾脉冲，在感测电路处被接收。利用载波信号调制回波脉冲的频率，产生同相信号和正交信号。同相信号是接收的信号的同相表示，并且正交信号是接收的信号的正交表示。双相关器接收同相信号和正交信号。第一相关器对同相信号与啁啾尾信号进行采样，并且第二相关器在检测到的混响之后的预定时间处对正交信号与全啁啾信号进行采样。第一回波检测模块从第一相关器模块接收输入，接收预定阈值的输入，并且输出短程飞行时间。短程飞行时间是在第一回波幅度检测器处接收的回波的幅度超过预定阈值的点。第二回波检测模块从第二相关器模块接收输入，接收预定阈值的输入，并且输出远程飞行时间。远程飞行时间是在第二回波幅度检测器处接收的回波的幅度超过预定阈值的点。

在一个实施方案中，为了在ECU 104处及时输出短程飞行时间和远程飞行时间的校正飞行时间，响应于声学信号何时遇到障碍物，将Q因数延迟和换能器Q因数延迟中的至少一个考虑到飞行时间校正计算中。当从换能器接收的脉冲幅度的上升沿与预定阈值相交的第一时间减去补偿时间时，在ECU 104处接收校正的飞行时间。

另外，低通滤波器310和312以及换能器214的Q因数延时确定了在向ECU 104提供校正的飞行时间测量之前接收脉冲测量的传输的最大时间。数字滤波器品质因数延时确定了感测电路350所需的延时，以向具有精确定时的ECU 104提供校正的飞行时间。当检测到接收的脉冲的第一幅度时，动态地选择数字滤波器Q因数延时的值。随着检测到数字滤波器Q因数延时的增加，数字滤波器的响应时间自动增加。响应于检测到数字滤波器Q因数延时的值低于预定Q因数延时值，当检测接收的脉冲的幅度时，动态地输入换能器Q因数延时。将动态确定的固定延迟整合到飞行时间校正算法中，使得感测电路350能够适当地补偿向ECU104传输校正的飞行时间所需的时间，从而能够提高障碍物检测的准确性，同时保持飞行时间的准确与实时报告。

在另一个实施方案中，当换能器214接收回波脉冲信号时，数字滤波器Q因数是固定的。选择数字滤波器Q因数以改善感测电路350的性能。例如，数字滤波器Q因数是Q5至Q20范围内的预先确定的Q因数。数字滤波器(诸如低通滤波器310和312)的高值使得低通滤波器能够实现高信噪比，或增加的噪声抑制。然而，当选择高Q因数值时，低通滤波器的多普勒性能小于最优多普勒性能。当选择数字滤波器Q因数的低值时，声学测量系统300(以及声学测量系统400)的多普勒性能更好；然而，信噪比低，使得较少噪声能够被抑制。脉冲上升时间取决于低通滤波器310和312的所选Q因数；因此，数字滤波器Q因数延时是向ECU 104报告声学信号的校正飞行时间的因数。例如，对于低通滤波器310和312的Q5品质因数值，脉冲信号从50％上升至100％的时间，是在Q10品质因数值的情况下脉冲信号从50％上升至100％所花费的时间的一半。对于低Q数字滤波器设置，使用换能器Q因数延时来确定飞行时间。在一个实施方案中，数字滤波器Q因数的值是预先确定的Q因数值。在测量开始之前选定数字滤波器Q因数，并且在测量持续过程维持相同的Q因数。在另一个实施方案中，选取较低Q因数和较高Q因数中的至少一者来对应于预限定的测量距离。在一个示例中，在较近距离(例如小于0.3米)从障碍物接收的反射得益于提高的信噪比；因此，应用较高(或增加的)Q因数。

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。

在一种形式中，声学距离测量电路包括频率发生器、发射机放大器、感测电路和控制器，并且感测电路包括同相和正交(I/Q)数字混频器，该数字混频器具有耦接到声换能器的输出端的输入端，用于接收基带信号的输入端，以及用于提供正交信号的输出端，其中正交信号是接收的信号的正交表示；第一数字滤波器，该第一数字滤波器具有耦接到I/Q数字混频器的输出端的输入端，以及用于提供基带信号的滤波的同相部分的输出端；以及第二数字滤波器，该第二数字滤波器具有耦接到I/Q数字混频器的输出端的输入端，以及用于提供基带信号的滤波的正交部分的输出端。根据一个方面，第一数字滤波器和第二数字滤波器中的每个是低通数字滤波器。

在另一种形式中，方法包括在第一时间在声换能器处生成声学信号，其中声换能器传输声学信号以确定障碍物的位置。响应于声学信号在预定距离内遇到障碍物而在声换能器处检测到反射信号。响应于将啁啾尾信号图案与反射信号相关以提供啁啾尾相关信号来检测到短程飞行时间信号，并且将啁啾尾相关信号与阈值进行比较以提供短程飞行时间信号。响应于将全啁啾信号图案与反射信号相关以提供全相关信号来检测到远程飞行时间信号，并且将全相关信号与阈值进行比较以提供远程飞行时间信号。

根据一个方面，响应于在混响结束之后以及在第一预定时间之前短程飞行时间信号的激活，并且响应于在第一预定时间之后的远程飞行时间信号，来提供距离测量信号。

根据另一方面，将反射信号和载波信号数字混合以生成反射信号的基带表示。将反射信号的基带表示移位到零频率。将零频率处反射信号的基带表示提供给数字滤波器，以从反射信号的基带表示移除累积的噪声。根据该方面，可将相关器进一步应用于反射信号的基带表示以及全啁啾信号图案以检测全相关信号的峰值，并且可将相关器进一步应用于反射信号的基带表示以及啁啾尾信号图案以检测啁啾尾相关信号的峰值。

根据又一方面，可进一步接收对应于阈值的可编程值，其中阈值是确定的阈值。响应于在短程距离内检测到障碍物，可响应于短程飞行时间信号的幅度大于阈值的幅度来确定短程飞行时间信号。响应于在远程距离内检测到障碍物，可响应于远程飞行时间信号的幅度大于阈值的幅度来进一步确定远程飞行时间信号。

Claims

1.一种声学距离测量电路，其特征在于，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，用于提供啁啾尾相关信号的第一相关输出端，以及用于提供全啁啾相关信号的第二输出端，其中所述感测电路响应于将啁啾尾信号图案与接收的信号相关而提供所述啁啾尾相关信号，并且响应于将全啁啾信号图案与所述接收的信号相关而提供全啁啾相关信号；和

控制器，所述控制器适于耦接到所述感测电路，所述控制器具有用于接收所述啁啾尾相关信号和所述全啁啾相关信号的第一输入端，以用于确定短程飞行时间信号和远程飞行时间信号。

2.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述控制器响应于接收所述啁啾尾相关信号来提供所述短程飞行时间信号，并且将所述啁啾尾相关信号与阈值进行比较以提供所述短程飞行时间信号。

3.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述控制器响应于接收所述全啁啾相关信号来提供所述远程飞行时间信号，并且将所述全啁啾相关信号与阈值进行比较以提供所述远程飞行时间信号。

4.根据权利要求1所述的声学距离测量电路，其中，所述控制器响应于在混响结束之后以及在第一预定时间之前所述短程飞行时间信号的激活，并且响应于在所述第一预定时间之后的所述远程飞行时间信号，来提供距离测量信号。

5.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输入端，用于接收基带信号的输入端，以及用于提供正交信号的输出端，其中所述正交信号是所述接收的信号的正交表示；

第一数字滤波器，所述第一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，以及用于提供所述基带信号的滤波的同相部分的输出端；和

第二数字滤波器，所述第二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，以及用于提供所述基带信号的滤波的正交部分的输出端。

6.根据权利要求5所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路还包括：

第一相关器模块，所述第一相关器模块具有耦接到所述第一数字滤波器的输入端，耦接到所述第二数字滤波器的输入端，用于接收所述啁啾尾信号图案的输入端，以及用于提供所述啁啾尾相关信号的输出端；和

第二相关器模块，所述第二相关器模块具有耦接到所述第一数字滤波器的输入端，耦接到所述第二数字滤波器的输入端，用于接收所述全啁啾信号图案的输入端，以及用于提供所述全啁啾相关信号的输出端。

7.根据权利要求6所述的声学距离测量电路，其中，所述控制器包括：

第一回波检测模块，所述第一回波检测模块具有耦接到所述第一相关器模块的输入端和用于接收预定阈值的输入端，以及用于提供所述短程飞行时间信号的输出端，其中响应于以大于所述预定阈值的幅度检测到所述啁啾尾相关信号和所述啁啾尾信号图案的信号匹配来确定短程位置估计；和

第二回波检测模块，所述第二回波检测模块具有耦接到所述第二相关器模块的输入端和用于接收所述预定阈值的输入端，以及用于提供所述远程飞行时间信号的输出端，其中响应于以大于所述预定阈值的幅度检测到所述全啁啾相关信号和所述全啁啾信号图案的信号匹配来确定远程位置估计。

8.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：

第一数字I/Q混频器，所述第一数字I/Q混频器具有耦接到所述声换能器的所述输出端的输入端，用于接收载波信号加上Δ偏移的输入端，以及用于提供所述载波信号的频移信号表示的输出端，其中所述载波信号的所述频移信号表示是朝向所述全啁啾信号图案的尾部的频移；和

第二数字I/Q混频器，所述第二数字I/Q混频器具有耦接到所述声换能器的所述输出端的输入端，用于接收载波信号的输入端，以及用于提供所述载波信号的同相正交表示的输出端。

9.根据权利要求8所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路包括：

第一数字滤波器，所述第一数字滤波器具有耦接到所述第一数字I/Q混频器的输入端，以及耦接到幅度检测器的用于提供所述载波信号的滤波的同相部分的输出端；

第二数字滤波器，所述第二数字滤波器具有耦接到所述第一数字I/Q混频器的输入端，以及耦接到所述幅度检测器的用于提供所述载波信号的滤波的正交部分的输出端；和

幅度检测器，所述幅度检测器具有耦接到所述第一数字滤波器的输入端，耦接到所述第二数字滤波器的输入端，以及用于提供所述载波信号的所述滤波的同相部分的输出端。

10.根据权利要求9所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路包括：

第三数字滤波器，所述第三数字滤波器具有耦接到所述第二数字I/Q混频器的输入端，以及耦接到相关器的用于提供所述载波信号的滤波的同相部分的输出端；

第四数字滤波器，所述第四数字滤波器具有耦接到所述第二数字I/Q混频器的输入端，以及耦接到所述相关器的用于提供所述载波信号的滤波的正交部分的输出端；和

相关器模块，所述相关器模块具有耦接到所述第三数字滤波器的输入端，耦接到所述第四数字滤波器的输入端，用于接收所述全啁啾信号图案的输入端，以及用于提供全啁啾相关信号的输出端。

11.根据权利要求10所述的声学距离测量电路，其中，所述感测电路包括：

第一回波检测模块，所述第一回波检测模块具有耦接到所述幅度检测器的输入端，用于接收预定阈值的输入端，以及用于提供所述短程飞行时间信号的输出端，其中响应于检测到幅度大于所述预定阈值来确定短程位置估计；和

第二回波检测模块，所述第二回波检测模块具有耦接到所述相关器模块的输入端，用于接收预定阈值的输入端，以及用于提供所述远程飞行时间信号的输出端，其中响应于以大于所述预定阈值的幅度检测到所述全啁啾相关信号和所述载波信号的信号匹配来确定远程位置估计。