DE102013227199A1

DE102013227199A1 - Gerät und Verfahren für das Entfernen von Rauschen eines Ultraschallsystems

Info

Publication number: DE102013227199A1
Application number: DE201310227199
Authority: DE
Inventors: Dong-won Kim; Jeong Hoon Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: DE102013227199B4; KR20150035038A; KR101526688B1; US9632178B2; CN104515985A; US20150092518A1; JP2015068826A

Abstract

Ein Gerät und Verfahren für das Entfernen von Rauschen eines Ultraschallsystems, um die Robustheit gegenüber Rauschen durch das Entfernen externen Rauschens von einem Empfangssignal, welches von einem Objekt reflektiert ist, zu verbessern, werden bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Senden, durch einen Sensor, eines Sendesignals zu einem Medium und das Empfangen eines Empfangssignals, welches von dem Medium reflektiert ist. Ein Steuerglied ist konfiguriert, um Rauschen von einem Frequenzbereich, welches als ein Normalsignal erkannt ist, von dem Empfangssignal zu entfernen und eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und einem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, in dem Empfangssignal zu berechnen. Zusätzlich ist das Steuerglied konfiguriert, um zu bestimmen, ob das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal ist oder Rauschen, basierend auf der berechnete Korrelation.

Description

HINTERGRUND
(a) Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Gerät und Verfahren für das Entfernen von Rauschen eines Ultraschallsystems, um die Robustheit gegenüber Rauschen zu verbessern, indem externes Rauschen von einem Empfangssignal, welches von einem Objekt reflektiert ist, entfernt wird.
(b) Hintergrund des Standes der Technik
Im Allgemeinen besitzt ein Empfang-Ultraschallsignal, welches von einem Objekt reflektiert ist, die gleichen Charakteristika wie ein Sende-Ultraschallsignal. Mit anderen Worten, ein Ultraschallsignal erfährt, wenn es von einem Objekt reflektiert wird, keine Änderung in der Charakteristik, wie zum Beispiel der Frequenz oder der Wellenformlänge, außer einer Signalgrößendämpfung, welche einem Medium entspricht. Ein System, welches einen Ultraschallsensor benutzt, wie zum Beispiel ein Parkhilfesystem (PAS) oder ein Intelligentes Parkhilfesystem (SPAS), berechnet einen Abstand von dem Medium, wobei die Ankunftszeit eines Sendesignals nach der Reflexion von dem Medium benutzt wird, und benutzt ein Bandpassfilter (BPF) für das Entfernen des externen Rauschens, wenn das von dem Medium reflektierte Signal empfangen wird.
Mit Bezug auf 8 beinhaltet ein herkömmliches Ultraschallsystem einen Ultraschallsensor 10, welcher konfiguriert ist, ein Empfangssignal zu erfassen (z. B. das empfangene Signal), welches von einem Medium reflektiert ist, ein Bandpassfilter (BPF) 30, welches konfiguriert ist, externes Rauschen von dem empfangenen Signal zu entfernen, ein Amplitudenmodulationsglied (AMP) 20, welches konfiguriert ist, eine Amplitude des empfangenen Signals, von welchem das externe Rauschen entfernt ist, zu modellieren, einen Randdetektor 40, welcher konfiguriert ist, eine Hochfrequenzkomponente von einem Ausgangswert des AMP 20 zu entfernen, und ein Steuerglied 50, welches konfiguriert ist, einen Abstand von dem Medium zu berechnen, wobei eine Zeitdifferenz zwischen der Eingangszeit (z. B. der Empfangszeit) des empfangenen Signals und der Ausgangszeit (z. B. die Sendezeit) des gesendeten Signals benutzt wird. Das herkömmliche Ultraschallsystem detektiert eine Hüllkurve eines empfangenen Signals, wenn ein Signal, welches über einen Ultraschallsensor gesendet ist, von einem Reflektor reflektiert wird. Wenn die detektierte Hüllkurve größer als ein vorher festgelegter Wert ist, wird ein Objekt erkannt und ein entsprechender Alarm wird erzeugt oder eine Distanzinformation wird gesammelt, um eine PAS- oder eine SPAS-Funktion auszuführen.
Jedoch, wie in 9 gezeigt wird, wenn das externe Rauschen größer als ein vorher festgelegter Wert innerhalb eines BPF-Frequenz-bereiches vorhanden ist, erkennt das herkömmliche Ultraschallsystem jenes Rauschen (das heißt, das externe Rauschen größer als der vorher festgelegte Wert, welcher innerhalb des BPF-Frequenzbereiches vorhanden ist) als ein normales Signal und erzeugt einen nicht korrekten Alarm. Entsprechend führt das herkömmliche Ultraschallsystem das Signalsenden und den -empfang zweimal durch, um das externe Rauschen von dem empfangenen Signal zu unterscheiden. Aufgrund der Sende- und Empfangszeit des Ultraschallsignals und der zweifachen Signalverarbeitung tritt jedoch eine Systemverzögerung auf, welche eine mögliche Leistungsherabsetzung des Ultraschallsystems verursacht. Wenn sich ein Fahrzeug, welches ein Ultraschallsystem benutzt, zum Beispiel bei einer hohen Geschwindigkeit bewegt, kann die Objekterkennung aufgrund eines Systemverzugs verzögert sein, und damit kann keine korrekte Information für einen Fahrer bereitgestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Gerät und Verfahren bereit, um Rauschen von einem Ultraschallsystem zu entfernen, in welchem das Rauschen, welches in einem Frequenzbereich vorhanden ist, welches als ein ”normales Signal” erkannt ist, unterschieden und entfernt werden kann, und ein Sendesignal, welches eine Frequenzänderung über die Zeit hinweg besitzt, kann benutzt werden, um eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und einem Empfangssignal trotz eines Frequenzverschiebungsphänomens in dem Empfangssignal aufrechtzuerhalten, um die Robustheit gegenüber einem Doppler-Phänomen aufrechtzuerhalten.
Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren für das Entfernen von Rauschen eines Ultraschallsystems beinhalten: Senden eines Sendesignals zu einem Medium und Empfangen eines Empfangssignals, welches von dem Medium reflektiert wird, Entfernen von Rauschen von einem Frequenzbereich, welches als ein normales Signal von dem Empfangssignal erkannt ist, Berechnen einer Korrelation zwischen dem Sendesignal und einem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal in dem Empfangssignal erkannt ist, und Bestimmen, ob das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal oder Rauschen ist, basierend auf der berechneten Korrelation.
Die Berechnung kann das Berechnen einer Korrelation zwischen dem Sendesignal und dem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, beinhalten, wobei R(τ) = ∫ ∞ / –∞f(x)g(x + τ)dx benutzt wird, wobei f(x) eine Funktion bezeichnet, welche ein Sendesignal über die Zeit hinweg bzw. als Funktion der Zeit beschreibt, und g(x + τ) eine Funktion bezeichnet, welche ein Empfangssignal über die Zeit hinweg bzw. als Funktion der Zeit beschreibt. Die Bestimmung kann das Bestimmen beinhalten, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal ist, wenn die berechnete Korrelation größer als ein Schwellwert ist, und das Bestimmen, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, Rauschen ist, wenn die berechnete Korrelation geringer als ein Schwellwert ist. Ein Frequenzmodulationssignal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, kann als das Sendesignal benutzt werden.
Entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Gerät für das Entfernen von Rauschen aus einem Ultraschallsystem einen Ultraschallsensor, welcher konfiguriert ist, ein Sendesignal zu einem Medium zu senden und ein Empfangssignal, welches von dem Medium reflektiert ist, zu empfangen, einen Korrelationsdetektor, welcher konfiguriert ist, eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und einem Signal in einem Frequenzbereich, welches als ein normales Signal in dem Empfangssignal erkannt ist, zu berechnen, und ein Steuerglied beinhalten, welches konfiguriert ist, einen Ausgangswert des Korrelationsdetektors mit einem Schwellwert zu vergleichen und zu bestimmen, ob das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal oder Rauschen ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis.
Das Gerät kann ferner ein Bandpassfilter (BPF) beinhalten, welches konfiguriert ist, Rauschen von dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, von dem Empfangssignal zu entfernen. Der Korrelationsdetektor kann konfiguriert sein, eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und dem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, zu berechnen, indem R(τ) = ∫ ∞ / –∞f(x)g(x + τ)dx benutzt wird, in welcher f(x) eine Funktion bezeichnet, welche ein Sendesignal über die Zeit hinweg beschreibt, und g(x + τ) eine Funktion bezeichnet, welche ein Empfangssignal über die Zeit hinweg beschreibt. Das Steuerglied kann konfiguriert sein, um zu bestimmen, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal ist, wenn die berechnete Korrelation größer als ein Schwellwert ist, und zu bestimmen, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, Rauschen ist, wenn die berechnete Korrelation geringer als ein Schwellwert ist. Der Ultraschallsensor kann ein Frequenzmodulationssignal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als das Sendesignal benutzen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und anderen Merkmale der Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben, welche in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche hier nachfolgend nur im Wege der Erläuterung gegeben werden, und demnach nicht eingrenzend für die vorliegende Erfindung sind, und in welchen:
1 eine beispielhafte Zeichnung ist, welche ein Ultraschallsystem entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A und 2B beispielhafte Diagramme sind, um ein Verfahren des Aufrechterhaltens der Robustheit gegenüber einem Doppler-Phänomen beschreiben, wenn Rauschen eines Ultraschallsystems entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt ist;
3A und 3B beispielhafte Graphen sind, welche eine Wellenform zeigen, welche ein Sendesignal von 48 KHz und Rauschen von 40 KHz und ein Frequenzanalyseergebnis der Wellenform entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
4A und 4B beispielhafte Graphen sind, welche einen Vergleich eines Rauschentfernungseffektes eines Ultraschallsystems entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegenüber dem eines herkömmlichen Ultraschallsystems zeigen;
5A und 5B beispielhaften Graphen sind, welche eine Wellenform eines normalen Empfangssignals, eine Wellenform des 40-KHz-Rauschens und eine Wellenform eines Empfangssignals, dessen Frequenz aufgrund eines Doppler-Phänomens erhöht ist, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
6A und 6B beispielhafte Graphen sind, welche einen Vergleich zwischen einem Simulationsergebnis eines Sendesignals, welches in einem Ultraschallsystem entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und einem Simulationsergebnis eines allgemeinen Ultraschallsignals, wenn eine Frequenz eines Empfangssignals um ungefähr 20% gegenüber dem eines Sendesignals aufgrund eines Doppler-Phänomens erhöht ist, zeigen;
7A und 7B zeigen beispielhafte Wellenformen eines normalen Empfangssignals, 40-KHz-Rauschen und ein Empfangssignal, dessen Frequenz aufgrund eines Doppler-Phänomens um ungefähr 20% erhöht ist, in einer weißen Rauschumgebung und Wellenformen nach dem Bearbeiten, wobei ein Korrelationsdetektor entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
8 eine Zeichnung ist, welche ein herkömmliches Ultraschallsystem entsprechend dem Stand der Technik zeigt; und
9 eine beispielhafte Zeichnung ist, um ein Problem eines herkömmlichen Ultraschallsystems entsprechend dem Stand der Technik zu beschreiben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es ist davon auszugehen, dass der Term „Fahrzeug” oder „fahrzeugartig” oder ein anderer ähnlicher Term, wie er hier benutzt wird, inklusive für Motorfahrzeuge im Allgemeinen ist, wie zum Beispiel für Personenautomobile, wobei Fahrzeuge für den Sportgebrauch (SUV), Omnibusse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge beinhaltet sind, wobei eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und ähnliche und wobei Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennungs-, Einsteckhybridelektrische Fahrzeuge, Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff (z. B. Kraftstoffen, welche von Ressourcen anders als Öl abgeleitet sind) beinhaltet sind.
Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wird, indem sie eine Vielzahl von Einheiten benutzt, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, ist davon auszugehen, dass die beispielhaften Prozesse auch durch einen oder eine Vielzahl von Modulen durchgeführt werden können. Zusätzlich ist davon auszugehen, dass der Term Steuerglied sich auf eine Hardware-Einrichtung bezieht, welche einen Speicher und einen Prozessor beinhaltet. Der Speicher ist konfiguriert, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist speziell konfiguriert, um diese Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, welche weiter unten beschrieben werden.
Außerdem kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht-transitorische, von einem Computer lesbare Medien auf einem von einem Computer lesbaren Medium eingebettet sein, welcher ausführbare Programminstruktionen enthält, welche durch einen Prozessor, ein Steuerglied oder Ähnliches ausgeführt werden. Beispiele des von einem Computer lesbaren Mediums beinhalten, sind jedoch nicht begrenzt auf ROM, RAM, Compact Disc-(CD-)ROMs, Magnetbänder, Floppy Disks, Flash-Laufwerke, Smart-Karten und optische Datenspeichereinrichtungen. Das von einem Computer lesbare Aufzeichnungsmedium kann auch auf an ein Netz gekoppelte Computer-Systeme verteilt sein, so dass die vom Computer lesbaren Medien in einer verteilten Weise gespeichert und ausgeführt werden, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Steuerglied-Flächennetz (CAN).
Die hier benutzte Terminologie dient nur dem Zweck des Beschreibens einzelner Ausführungsformen und es ist nicht beabsichtigt, dass sie die Erfindung begrenzt. Wie sie hier benutzt werden, sollen die Singularformen „ein”, „eine”, „eines” und „der”, „die” „das” ebenso die Pluralformen einschließen, es sei denn, es wird im Kontext klar in anderer Weise angezeigt. Es ist ferner davon auszugehen, dass die Terme „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Spezifikation benutzt werden, das Vorhandensein der aufgeführten Merkmale, Integer, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Integer, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie es hier benutzt wird, beinhaltet der Term „und/oder” jegliche und alle Kombinationen einer oder mehrerer zusammenhängender, aufgelisteter Begriffe.
Es sei denn es wird speziell festgelegt oder es ist aus dem Kontext, offensichtlich, wie es hier benutzt wird, ist der Term „ungefähr” als innerhalb eines Bereiches normaler Toleranz in der Fachwelt zu verstehen, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert. „Ungefähr” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Es sei denn, es geht andernfalls klar aus dem Kontext hervor, sind alle hier bereitgestellten Werte mit „ungefähr” modifiziert.
Hier nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beschrieben, um Fachleuten das leichte Ausführen der vorliegenden Erfindung zu gestatten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik, um Rauschen von einem Ultraschallsystem zu entfernen, welches konfiguriert sein kann, ein Objekt über das Senden und Empfangen eines Ultraschallsignals zu erkennen, in welchem ein normales Signal von einem externen Rauschen in einem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, zu unterscheiden ist, die Robustheit gegenüber externem Rauschen des Ultraschallsystems verbessert werden kann, indem ein Korrelationsdetektor benutzt wird, welcher eine Korrelationsfunktion anwendet, und während der Ähnlichkeitsdetektierung zwischen zwei Signalen, wobei die Korrelationsfunktion benutzt wird, Daten aufgrund eines Frequenzverschiebephänomens, welches durch ein Doppler-Phänomen verursacht ist, verfälscht werden können, so dass ein Sendesignal, welches eine Frequenzänderung besitzt, benutzt wird, und damit, sogar wenn das Frequenzverschiebephänomen in einem Signal auftritt, die Korrelation zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal aufrechterhalten werden kann, um die Robustheit gegenüber dem Doppler-Phänomen zu sichern.
Wie in 1 gezeigt wird, kann ein Ultraschallsystem entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten: einen Ultraschallsensor 1, einen Größenmodulator AMP 2, ein Bandpassfilter (BPF) 3, einen Korrelationsdetektor 4, welcher eine Korrelationsfunktion benutzt, einen Randdetektor 5 und ein Steuerglied 6.
Der Ultraschallsensor 1 sendet ein Signal, welches durch einen Signalgenerator 7 des Steuergliedes 6 erzeugt ist, zu einem Medium und empfängt ein Signal, welches von dem Medium reflektiert ist. Der AMP 2 kann konfiguriert sein, um die Amplitude eines empfangenen Signals, welches für einen Zielwert geeignet ist, zu modulieren. Das BPF 3, welches durch das Steuerglied 6 ausgeführt wird, kann konfiguriert sein, ein Signal unterhalb des Frequenzbereiches (z. B. einem Ultraschall-Erfassungsbereich), welches als ein normales Signal erkannt ist, als Rauschen zu bestimmen und das Signal entfernen. Ein normales Signal kann ein Signal sein, welches nicht ein Rauschsignal ist. Der Korrelationsdetektor 4, welcher durch das Steuerglied 6 ausgeführt wird, kann konfiguriert sein, die Ähnlichkeit oder die Korrelation zu berechnen, um das Rauschen in dem Frequenzbereich, welches als ein normales Signal erkannt ist, zu unterscheiden. Der Randdetektor 5, welcher durch das Steuerglied 6 ausgeführt wird, kann konfiguriert sein, eine Hochfrequenzkomponente von einem Ausgangswert des Korrelationsdetektors 4 zu entfernen und eine Größe des Ausgangswertes auszugeben.
Das Steuerglied 6 kann konfiguriert sein, ein Detektierergebnis des Korrelationsdetektors 4, genauer ausgedrückt, einen Ausgangswert des Randdetektors 5 mit einem Schwellwert zu vergleichen, welcher durch ein Experiment voreingestellt ist, um zu bestimmen, ob das Rauschen ein normales Signal ist, das Rauschen zu entfernen, einen Abstand von einem Objekt in einem vorher festgelegten Abstandsbereich zu berechnen, wobei Information bezüglich eines Sendesignals und Information bezüglich eines Empfangssignals, von welchem das externe Rauschen entfernt ist, zu berechnen, und das Objekt zu erkennen.
Wie bekannt ist, besitzt ein empfangenes Ultraschallsignal, welches, nachdem es von dem Objekt reflektiert ist, empfangen wird, ungefähr die gleichen Charakteristika wie ein gesendetes Ultraschallsignal. Mit anderen Worten, das Ultraschallsignal kann eine minimale Veränderung in den Charakteristika besitzen, wie zum Beispiel einer Frequenz und einer Länge einer Wellenform, außer für die Dämpfung einer Signalgröße, welche durch das Medium verursacht ist. Demnach kann das gesendete Signal, nachdem es von dem Objekt reflektiert ist, empfangen werden, wenn das empfangene Signal Ähnlichkeit mit dem gesendeten Signal besitzt. Deshalb, in der vorliegenden Erfindung, sogar wenn das empfangene Signal in einem Ultraschall-Er-fassungsbereich (z. B. in einem Bereich eines BPF oder eines BPF-Bereichs) vorhanden ist, wenn das empfangene Signal unterschiedliche Charakteristika besitzt als jene des gesendeten Signals, wobei die Charakteristika einer Korrelationsfunktion benutzt werden, welche die Ähnlichkeit zwischen zwei Signalen als einen Wert beschreibt, kann das empfangene Signal bestimmt werden, dass es externes Rauschen ist.
Das Ultraschallsignal entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Information bezüglich eines Sendesignals in dem Steuerglied 6 besitzen und kann damit konfiguriert sein, die Ähnlichkeit zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal zu vergleichen. Um die Ähnlichkeit zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal zu vergleichen, kann eine Korrelationsfunktion benutzt werden. Mit anderen Worten, um zu bestimmen, ob ein Empfangssignal wesentliche ähnliche oder identische Charakteristika zu jenen eines Sendesignals besitzt, können die Charakteristika der Korrelationsfunktion benutzt werden. Die Korrelationsfunktion beschreibt eine Ähnlichkeit zwischen zwei Signalen über die Zeit hinweg, so dass ein Korrelationsdetektor implementiert werden kann, welcher die Korrelation zwischen den zwei Signalen über die Zeit hinweg berechnet, wobei die Korrelationsfunktion benutzt wird. Die Korrelationsfunktion ist eine Funktion, um die Korrelation zwischen zwei Signalen über die Zeit hinweg zu beschreiben, und kann wie folgt ausgedrückt werden: R(τ) = ∫ ∞ / –∞f(x)g(x + τ)dx, wobei f(x) eine Funktion bezeichnet, welche ein Sendesignal über die Zeit hinweg anzeigt, und g(x + τ) eine Funktion bezeichnet, welche ein Empfangssignal über die Zeit hinweg anzeigt.
Der Korrelationsdetektor kann konfiguriert sein, um die Korrelation zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal über einen Korrelationsprozess zwischen den zwei Signalen zu berechnen, um das Rauschen zu entfernen, welches in einem Frequenzbereich vorhanden ist, welches als ein normales Signal erkannt ist. Spezieller ausgedrückt, sobald der Korrelationsdetektor die Ähnlichkeit zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal als einen Wert detektiert, wobei eine Korrelationsfunktion benutzt wird, kann das Steuerglied konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob das Empfangssignal ein normales Signal oder Rauschen ist, wobei ein Detektierwert (z. B. ein Ausgangswert) des Korrelationsdetektors benutzt wird, welcher durch den Randdetektor gelaufen ist.
Wenn der Ausgangswert des Korrelationsdetektors, welcher durch den Randdetektor gelaufen ist, größer als ein Schwellwert ist, kann das Steuerglied konfiguriert sein, um zu bestimmen, dass die zwei Signale eine Ähnlichkeit miteinander besitzen und das Empfangssignal als ein normales Signal erkennen. Wenn der Ausgangswert geringer als der Schwellwert ist, kann das Steuerglied konfiguriert sein, um zu bestimmen, dass die zwei Signale keine Ähnlichkeit besitzen, und das Empfangssignal als Rauschen erkennen, so dass damit das Rauschen, welches in dem Frequenzbereich vorhanden ist, welches als das normale Signal erkannt ist, entfernt wird. Entsprechend kann in einem Prozess des Vergleichens der Ähnlichkeit zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal, wobei die Korrelationsfunktion benutzt wird, eine Datenverzerrung aufgrund eines Frequenzverschiebungsphänomens auftreten, welches durch ein Doppler-Phänomen verursacht ist. Das Doppler-Phänomen bezieht sich auf ein Phänomen, in welchem sich die Frequenz und die Wellenlänge einer Welle mit einer relativen Geschwindigkeit zwischen einer Wellenquelle und einem Beobachtungsort ändern, und kann wie folgt ausgedrückt werden: f = f₀ + Δν / cf₀, wobei f eine Frequenz eines aktuellen Empfangssignals basierend auf dem Doppler-Phänomen bezeichnet, f₀ eine Frequenz eines Sendesignals bezeichnet, Δν eine relative Geschwindigkeit zwischen einer Wellenquelle und einem Beobachtungsort bezeichnet und c eine Geschwindigkeit einer Ultraschallwelle bezeichnet. Die Ultraschallwelle kann eine Geschwindigkeit von ungefähr 340 m/s in Luft besitzen.
Das Doppler-Phänomen verursacht eine Änderung in den Frequenzcharakteristika eines Empfangssignals während des Sendens und des Empfangs der Ultraschallwellen, wenn sich ein Fahrzeug oder ein Erfassungsziel bewegt. Mit anderen Worten, das Doppler-Phänomen verursacht die Frequenzverschiebung des Empfangssignals und verzerrt die Daten des Empfangssignals. Deshalb kann, wenn eine Ähnlichkeit zwischen dem Sendesignal und dem aufgenommenen Signal durch das Doppler-Phänomen reduziert wird, eine falsche Erkennung, welche ein normales Empfangssignal als Rauschen bestimmt, während eines Korrelationsprozesses auftreten, und die Systemleistungsfähigkeit im Erfassen des Zieles kann herabgesetzt werden.
Als Referenz bzw. Bezug, wenn sich ein Fahrzeug, welches ein Ultraschallsystem besitzt, welches darauf befestigt ist, bewegt, kann eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet werden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in dem Korrelationsprozess für die Korrektur zu reflektieren, wenn sich jedoch ein entsprechendes Objekt bewegt, kann dieser Prozess schwieriger auszuführen sein. Entsprechend, in der vorliegenden Erfindung, um die Systemleistungsfähigkeit beizubehalten und ein normales Signal von externem Rauschen durch das Minimieren eines Einflusses des Doppler-Phänomens zu unterscheiden, kann ein Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als ein Sendesignal benutzt werden.
Wie aus der vorhergegangenen Gleichung der Korrelationsfunktion erkannt werden kann, kann der Korrelationsprozess, bei welchem der Korrelationsdetektor benutzt wird, einen Prozess des Summierens der Produkte von zwei Wellenformen (Signalen) über die Zeit hinweg beinhalten. Deshalb, wenn die Charakteristika der zwei Signale, welche dem Korrelationsprozess unterzogen werden, für eine vorher festgelegte Zeit ähnlich sind, kann eine Korrelation zunehmen. Wie zuvor erwähnt, kann sich beim Auftreten des Doppler-Phänomens eine Frequenzkomponente eines empfangenen Signals ändern, und damit kann sie höher oder niedriger sein als die eines Sendesignals, und als ein Ergebnis kann eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal abnehmen.
Jedoch, wenn sich die Frequenz des Sendesignals ändert, kann ein Ergebnis, wie es in 2 gezeigt ist, erhalten werden. Zusätzlich zeigt 2A eine Ähnlichkeit zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal, wenn ein allgemeines Ultraschallsignal, welches eine Sinuswellenform besitzt, als Sendesignal benutzt wird. Wie in 2A gezeigt wird, wenn das allgemeine Ultraschallsignal als das Sendesignal benutzt wird, können beim Auftreten des Doppler-Phänomens das Sendesignal und das Empfangssignal keinen Abschnitt besitzen, in welchem die Frequenzcharakteristika im Wesentlichen ähnlich sind, so dass eine Korrelation zwischen den zwei Signalen abnimmt und damit das Erkennen eines Abstands von einem Objekt, wobei das System benutzt wird, schwierig sein kann.
Außerdem zeigt 2B eine Ähnlichkeit zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal, wenn ein Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als das Sendesignal benutzt wird. Wie in 2B gezeigt wird, kann, wenn ein Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als das Sendesignal benutzt wird, beim Auftreten des Doppler-Phänomens das Empfangssignal eine höhere Frequenz besitzen als das Sendesignal, jedoch zeigt, wie zuvor erwähnt, da der Korrelationsprozess ein Prozess des Aufsummierens von Produkten der zwei Wellenformen (Signale) über die Zeit hinweg ist, eine zeitverzögerte Wellenform des Sendesignals, dass eine Ähnlichkeit zwischen dem zeitverzögerten Sendesignal und dem Empfangssignal aufrechterhalten werden kann und damit eine größere Korrelation erhalten werden kann. Deshalb, indem ein Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als ein Sendesignal benutzt wird, kann die Robustheit gegenüber dem Doppler-Phänomen sichergestellt werden, und damit kann trotz des Auftretens des Doppler-Phänomens eine resultierende Datenverzerrung minimiert werden. Die Frequenzänderung kann jegliche Form der Veränderungen beinhalten, wie zum Beispiel ein Zunehmen, ein Abnehmen, ein sekundäres Zunehmen, ein sekundäres Abnehmen, ein Abnehmen nach dem Zunehmen und ein Zunehmen nach dem Abnehmen über die Zeit hinweg.
4A bis 7B zeigen beispielhafte Simulationsergebnisse des Ultraschallsystems entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3A und 3B sind beispielhafte Graphen, welche eine Wellenform zeigen, welche ein Sendesignal von 48 KHz und ein Rauschen von 40 KHz und ein Frequenz-Analyseergebnis der Wellenform anzeigen. Wie aus dem Frequenz-Analyseergebnis der 3A und 3B ersehen werden kann, können sowohl das Empfangssignal als auch das Rauschen Frequenzen in einem BPF-Bereich besitzen.
4A und 4B sind beispielhafte Graphen, welche einen Vergleich eines Rausch-Entfernungseffektes des Ultraschallsystems entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem des herkömmlichen Ultraschallsystems zeigen. 4A zeigt ein beispielhaftes Ergebnis nach dem Rauschen eines Empfangssignals (z. B. eines normalen Signals), welches in 3A und 3B gezeigt wird, welches durch einen Rausch-Entfernungsprozess in einem herkömmlichen Ultraschallsystem läuft, und 4B zeigt ein beispielhaftes Ergebnis nach dem Rauschen des Empfangssignals (z. B. des normalen Signals), welches durch den Rausch-Entfernungsprozess in einem Ultraschallsystem entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung läuft. Wie aus 4A ersehen werden kann, kann das herkömmliche Ultraschallsystem konfiguriert sein, das Rauschen, welches eine Frequenz in einem BPF-Bereich besitzt, als ein Signal zu erkennen, so dass damit irrtümlicherweise das Rauschen größer als ein Schwellwert als ein normales Signal erkannt wird. Auf der anderen Seite, wie aus 4B ersehen werden kann, kann das Ultraschallsystem einen Korrelationsdetektor benutzen, so dass ein normales Signal einen größeren Wert als der Schwellwert (z. B. für das Erkennen des normalen Signals) besitzen kann, jedoch kann das Rauschen aufgrund einer verminderten Ähnlichkeit mit dem Sendesignal einen Wert geringer als der Schwellwert besitzen. Deshalb können durch das Einstellen des Schwellwerts über die Simulation das normale Signal (z. B. das Empfangssignal) und das Rauschen in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, effektiv voneinander unterschieden werden. Hier kann das herkömmliche Ultraschallsystem konfiguriert sein, das externe Rauschen zu entfernen, indem nur ein BPF von ungefähr 30 KHz–75 KHz benutzt wird.
5A und 5B zeigen sequentiell Wellenformen eines normalen Empfangssignals, 40-KHZ-Rauschen und das Empfangssignal, dessen Frequenz aufgrund des Doppler-Phänomens von links nach rechts erhöht ist. 6A und 6B sind beispielhafte Graphen, welche einen Vergleich zwischen einem Simulationsergebnis eines Sendesignals (z. B. Frequenzmodulationssignals), welches in dem Ultraschallsystem der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und einem Simulationsergebnis eines allgemeinen Ultraschallsignals zeigen, wenn eine Frequenz eines Empfangssignals gegenüber der des Sendesignals aufgrund des Doppler-Phänomens um ungefähr 20% erhöht wird.
6A zeigt ein beispielhaftes Simulationsergebnis, wenn ein allgemeines Signal von 48 KHz gesendet wird, und 6B zeigt ein beispielhaftes Simulationsergebnis, wenn ein Frequenz-Modulationssignal (z. B. Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert) von ungefähr 33 KHz–63 KHz übertragen wird. Mit anderen Worten, 6A und 6B sind beispielhafte Wellenformen, welche die Bearbeitungsergebnisse eines normalen Empfangssignals (z. B. eines normalen Signals), ungefähr 40 KHz Rauschen und ein Empfangssignal, dessen Frequenz durch das Doppler-Phänomen erhöht ist, durch den Korrelationsdetektor, zeigen. 6A zeigt beispielhafte Bearbeitungsergebnisse des Korrelationsdetektors, wenn ein allgemeines Signal benutzt wird, und 6B zeigt beispielhafte Bearbeitungsergebnisse des Korrelationsdetektors, wenn ein Frequenz-Modulationssignal (z. B. ein Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert) von ungefähr 33 KHz–63 KHz benutzt wird.
Wie in 6A gezeigt wird, wenn das allgemeine Signal benutzt wird, kann das Rauschen (z. B. ungefähr 40 KHz) in einem BPF-Bereich (z. B. ungefähr 30 KHz–75 KHz) durch das Filtern unterdrückt werden, wobei die Korrelationsfunktion benutzt wird, und gleichzeitig kann auch eine Korrelation eines Empfangssignals, an welchem das Doppler-Phänomen angelegt ist, mit dem Sendesignal ebenfalls reduziert werden, und demnach kann es fehlschlagen, als normales Signal erkannt werden, und es kann durch Filtern unterdrückt werden, wobei die Korrelationsfunktion benutzt wird. Auf der anderen Seite, wie in 6B gesehen werden kann, wenn ein Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, gesendet und empfangen wird, kann ein Empfangssignal, an welchem das Doppler-Phänomen angewendet ist, eine erhöhte Korrelation zu einem Sendesignal besitzen und kann damit einen erhöhten Amplitudenwert besitzen, welcher den Schwellwert für das Erkennen eines Normalsignals überschreitet. Deshalb können durch das Einstellen eines Schwellwertes für das Erkennen als ein normales Signal, ein normales Signal (z. B. Empfangssignal) und ein Rauschen in einem Frequenzbereich, welches als ein Normalsignal erkannt ist, unterschieden werden, so dass damit die Systemleistungsfähigkeit verbessert wird.
Darüber hinaus kann aus der vorhergegangenen Simulation angenommen werden, dass eine Frequenz bezüglich einer herkömmlichen Sendefrequenz aufgrund des Doppler-Phänomens um ungefähr 20% erhöht werden kann und eine relative Geschwindigkeit, welche an dem Doppler-Phänomen angewendet wird, ungefähr 380 km/h sein kann, wobei ersehen werden kann, dass in einer aktuellen Umgebung, bei, welcher Ultraschallwellen benutzt werden (z. B. bei einer relativen Geschwindigkeit von ungefähr 20 km/h oder weniger), ein Einfluss des Doppler-Phänomens sehr schwach sein kann.
Deshalb kann das Ultraschallsystem entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche ein Frequenzmodulationssignal benutzen kann, die Zuverlässigkeit in einer aktuellen Umgebung verbessern.
Ein Problem, welches bei der Signalverarbeitung auftreten kann, ist das Einführen von Rauschen von einem Sensor oder einem elektronischen Gerät. Das Rauschen kann weißes Rauschen sein und kann einen Durchschnittswert von 0 und eine finite Varianz besitzen. Der Korrelationsdetektor, welcher in dem Ultraschallsystem benutzt wird, kann konfiguriert sein, das Rauschen zu filtern, indem die Korrelationsfunktion benutzt wird, in welcher ein Prozess des Aufsummierens von Produkten der zwei Signale über die Zeit hinweg wiederholt werden kann, um die Information bezüglich des weißen Rauschens zu beenden, so dass die Signalverarbeitung des Systems nicht sehr beeinträchtigt wird.
7A zeigt beispielhafte Wellenformen eines normalen Empfangssignals, ungefähr 40 KHz Rauschen, und ein Empfangssignal, dessen Frequenz aufgrund des Doppler-Phänomens in einer Weißes-Rauschen-Umgebung (z. B. welche ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis von (SNR) = 2 besitzt) um ungefähr 20% erhöht ist, und beispielhafte Wellenformen nach der Verarbeitung, wobei der Korrelationsdetektor benutzt wird. Wie in 7A und 7B gezeigt wird, kann sogar in der Weißes-Rauschen-Umgebung das Rauschen unterdrückt werden, um geringer als der Schwellwert zu sein, um von einem normalen Signal unterschieden zu werden, und ein normales Signal, für welches das Doppler-Phänomen einen Schwellwert übersteigt, kann damit als ein normales Empfangssignal erkannt werden. Somit kann das Ultraschallsystem entsprechend der vorliegenden Erfindung die Robustheit gegenüber dem Sensorrauschen aufrechterhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein Rauschfilter benutzt wird, welches eine Korrelationsfunktion benutzt, kann die Robustheit gegenüber externem Rauschen erneut verstärkt werden, um einen Einfluss des externen Rauschens zu minimieren und die Robustheit bezüglich des Doppler-Phänomens zu verbessern, so dass damit die Systemleistungsfähigkeit verbessert wird. Darüber hinaus kann das Ultraschallsystem entsprechend der vorliegenden Erfindung externes Rauschen durch ein einmaliges Senden und Empfangen unterscheiden und entfernen, um die Systemleistungsfähigkeit zu verbessern, verglichen mit einem herkömmlichen Ultraschallsystem, d. h. dem herkömmlichen Ultraschallsystem, welches das Senden und Empfangen zweimal durchführt, um externes Rauschen und ein Empfangssignal zu unterscheiden.
Während die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden ist, ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorhergehende beispielhafte Ausführungsform begrenzt, und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen können von Fachleuten durchgeführt werden, wobei das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung benutzt wird, welches in den angehängten Ansprüchen definiert ist, welche auch in dem Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind.
Bezugszeichenliste

1: Ultraschallsensor
2: Amplitudenmodulator
3: Bandpassfilter
4: Kreuzkorrelationsdetektor
5: Randdetektor
6: Steuerglied
7: Signalgenerator

Claims

Verfahren für das Entfernen von Rauschen eines Ultraschallsystems, wobei das Verfahren aufweist: Senden, durch einen Sensor, eines Sendesignals zu einem Medium, und Empfangen eines Empfangssignals, welches von dem Medium reflektiert ist; Entfernen, durch ein Steuerglied, von Rauschen unterhalb eines Frequenzbereiches, welches als ein normales Signal erkannt ist, von dem Empfangssignal; Berechnen, durch das Steuerglied, einer Korrelation zwischen dem Sendesignal und einem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, in dem Empfangssignal; und Bestimmen, durch das Steuerglied, ob das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das Normalsignal erkannt ist, das Normalsignal oder Rauschen ist, basierend auf der berechneten Korrelation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung ein Berechnen, durch das Steuerglied, der Korrelation zwischen dem Sendesignal und dem Signal in dem Frequenzbereich beinhaltet, welches als das normale Signal erkannt ist, wobei benutzt wird: R(τ) = ∫ ∞ / –∞f(x)g(x + τ)dx, wobei f(x) eine Funktion bezeichnet, welche ein Sendesignal über die Zeit hinweg beschreibt, und g(x + τ) eine Funktion bezeichnet, welche ein Empfangssignal über die Zeit hinweg beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung das Bestimmen beinhaltet, durch das Steuerglied, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal ist, wenn die berechnete Korrelation größer als ein Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung das Bestimmen beinhaltet, durch das Steuerglied, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, Rauschen ist, wenn die berechnete Korrelation kleiner als ein Schwellwert ist.
Verfahre nach Anspruch 1, wobei ein Frequenzmodulationssignal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als das Sendesignal benutzt wird.
Gerät für das Entfernen von Rauschen eines Ultraschallsystems, wobei das Gerät aufweist: einen Ultraschallsensor, welcher konfiguriert ist, ein Sendesignal zu einem Medium zu senden, und ein Empfangssignal, welches von dem Medium reflektiert ist, zu empfangen; und ein Steuerglied, welches konfiguriert ist, um eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und einem Signal in einem Frequenzbereich, welches als Normalsignal erkannt ist, in dem Empfangssignal zu berechnen; einen Ausgangswert des Korrelationsdetektors mit einem Schwellwert zu vergleichen; und zu bestimmen, ob das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das Normalsignal erkannt ist, das Normalsignal oder Rauschen ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis.
Gerät nach Anspruch 6, welches ferner ein Bandpassfilter (BPF) aufweist, welches durch das Steuerglied ausgeführt wird, um Rauschen von dem Frequenzbereich, welches als das Normalsignal erkannt ist, von dem Empfangssignal zu entfernen.
Gerät nach Anspruch 6, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und dem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, zu berechnen, wobei benutzt wird: R(τ) = ∫ ∞ / –∞f(x)g(x + τ)dx, wobei f(x) eine Funktion bezeichnet, welche ein Sendesignal übe die Zeit hinweg beschreibt, und g(x + τ) eine Funktion bezeichnet, welche ein Empfangssignal über die Zeit hinweg beschreibt.
Gerät nach Anspruch 6, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal ist, wenn die berechnete Korrelation größer als ein Schwellwert ist.
Gerät nach Anspruch 6, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, Rauschen ist, wenn die berechnete Korrelation geringer als ein Schwellwert ist.
Gerät nach Anspruch 6, wobei der Ultraschallsensor ein Frequenzmodulationssignal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als das Sendesignal benutzt.
Nicht-transitorisches, von einem Computer lesbares Medium, welches Programminstruktionen enthält, welche durch ein Steuerglied ausgeführt werden, wobei das vom Computer lesbare Medium aufweist: Programminstruktionen, welche einen Sensor steuern, um ein Sendesignal zu einem Medium zu senden, und Empfangen eines Empfangssignals, welches von dem Medium reflektiert ist; Programminstruktionen, welche das Rauschen unterhalb eines Frequenzbereiches, welches als ein normales Signal erkannt ist, von dem Empfangssignal entfernen; Programminstruktionen, welche eine Korrelation zwischen dem Sendesignal und einem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, in dem Empfangssignal berechnen; und Programminstruktionen, welche bestimmen, ob das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das Normalsignal erkannt ist, das Normalsignal oder Rauschen ist, basierend auf der berechneten Korrelation.
Nicht-transitorisches, von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 12, welches ferner aufweist: Programminstruktionen, welche die Korrelation zwischen dem Sendesignal und dem Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, berechnen, wobei benutzt wird: R(τ) = ∫ ∞ / –∞f(x)g(x + τ)dx, wobei f(x) eine Funktion bezeichnet, welche ein Sendesignal über die Zeit hinweg beschreibt, und g(x + τ) eine Funktion bezeichnet, welche ein Empfangssignal über die Zeit hinweg beschreibt.
Nicht-transitorisches, von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 12, welches ferner aufweist: Programminstruktionen, welche bestimmen, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, das normale Signal ist, wenn die berechnete Korrelation größer als ein Schwellwert ist.
Nicht-transitorisches, von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 12, welches ferner aufweist: Programminstruktionen, welche bestimmen, dass das Signal in dem Frequenzbereich, welches als das normale Signal erkannt ist, Rauschen ist, wenn die berechnete Korrelation geringer als ein Schwellwert ist.
Nicht-transitorische, von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 12, wobei ein Frequenzmodulationssignal, dessen Frequenz sich über die Zeit hinweg ändert, als das Sendesignal benutzt wird.