JP4164539B2 - 超音波測定装置および超音波測定方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら、本発明の超音波測定装置および超音波測定方法の第1の実施形態を説明する。
ステップS61はステップA1、A3に対応する。まず、第1の受波器9(1)および第2の受波器9(2)によって、超音波を受信し、第1の受信部14(1)および第2の受信部14(2)により、受信信号を増幅し、A−D変換して、受信信号を生成する。
ステップS62はステップA1、A3に対応する。演算部10により決定した送信開始時刻から一定時間経過した後、一定時間分の受信データを切り出し、第1の記憶部15(1)および第2の記憶部15(2)において記憶する。受信データを切り出すための時間の設定は、窓設定部16において行う。受信データを切り出すための時間の設定は、超音波測定装置の計測可能な測定距離および、計測に用いる超音波の長さに基づいて設定される。
ステップS63はステップB1、B3に対応する。図6に示す干渉除去部の各逆拡散部21は、受信信号を所望以外の符号で逆拡散処理し、逆拡散信号を求める。ここで、所望以外の符号とは、超音波測定装置S1と物体2との距離および方位を計測する本実施の形態では、超音波測定装置S2、超音波測定装置S3、および超音波測定装置S4に割り当てられた拡散符号である。つまり、干渉信号として除去すべき超音波の拡散符号である。
ステップS64はステップC1、C3に対応する。復調部22は、各逆拡散信号を振幅情報に変換する。この時、振幅情報は逆拡散信号33、34および35の最大振幅値で正規化される。図10は、逆拡散信号33、34および35を振幅情報に変換した波形39、40、41を示している。
ステップS65はステップC1、C3に対応する。抽出部23は、各振幅情報の波形において、一定の閾値以上の波形が存在する時間帯を決定する。抽出部23が設定する閾値は、図6に示す干渉除去部A〜Dによって異なっている。具体的には、干渉除去部A〜Dの抽出部23が設定する閾値は、図10において、42A〜42Dで示される。
ステップS66はステップD1、D3に対応する。このようにして得られた干渉信号43、44、45は、逆拡散されているため、拡散された状態の受信信号32から直接除去することはできない。このため拡散部24は、各干渉信号に割り当てられた拡散符号によって干渉信号を拡散処理する。
ステップS67はステップD1、D3に対応する。加算器26は、拡散された干渉信号を元の受信信号から除去する。加算器26における干渉信号の除去は、受信信号から干渉信号を減算することによって行ってもよいし、干渉信号を符号を反転させて受信信号に加算してもよい。このとき、元の受信信号は、拡散された干渉信号と同期させるために、遅延部25を介して加算器26に入力される。これにより、干渉信号が除去された受信信号が得られる。ただし、この受信信号は拡散されている。
ステップS68はステップE1、E3に対応する。拡散部27は、干渉信号が除去された受信信号を、超音波測定装置S1に割り当てられた拡散符号、つまり所望の符号で逆拡散する。
ステップS69はステップF1、F3に対応する。記憶部28は拡散された受信信号を記憶する。これにより、第1の干渉除去ユニット17(1)、および、第2の干渉除去ユニット17(2)の干渉除去部A〜Dから、異なる閾値42A、42B、42C、42Dを用いて生成した干渉信号が除去された第1および第2の受信信号が得られる。
ステップS70はステップF1、F3に対応する。相関部18は、異なる閾値42A、42B、42C、42Dごとに、干渉信号が除去された第1受信信号と第2の受信信号の相関値を求める。この相関値は、第1の受信信号と第2の受信信号との間の類似度を表しており、相関値が高いと類似度が高く、相関値が低いと類似度が低いことを示している。図12は、閾値42Aを用いて生成された干渉信号が除去された第1の受信信号46および第2の受信信号47と、第1の受信信号46および第2の受信信号47を示している。
ステップS71はステップG1、G3に対応する。相関ピーク値比較部19は閾値ごとに求めた相関値の最大値を比較し、最も、最大値の大きい閾値が得られた第1および第2の受信信号つまり、最も相関値が高い第1および第2の受信信号を出力する干渉除去部A〜Dを決定する。
ステップS72はステップH1、H3に対応する。選択部20は、相関ピーク値比較部19が決定した最も相関値の高い第1および第2の受信信号を選択し、距離方位算出部12へ出力する。
図17は、本発明による超音波測定装置および超音波測定方法の第2の実施形態における最適干渉除去処理器11の基本的な構成を示すブロック図である。
第1の実施形態の構成により、干渉信号がどのように除去できるかを実験した結果を示す。
2 物体
3 壁
4、5、6、7 超音波伝播経路
8 送波器
9 受波器
10 演算部
11 最適干渉除去処理器
12 距離方位算出器
13 送信部
14 受信部
15 記憶部
16 窓設定部
17 干渉除去部
18 相関部
19 相関ピーク値比較部
20 選択部
21 逆拡散部
22 復調部
23 抽出部
24 拡散部
25 遅延部
26 加算器
27 逆拡散部
28 記憶部
30 拡散符号
31 変調波
32 受信データ
80 閾値変更部
81 相関ピーク値判定部
102 従来の超音波測定装置
103 相関器
104 ピーク検出器
105 パルス発生器
106 干渉キャンセラブロック
107 復調処理部
108 遅延処理部
109 干渉除去部
110 受信された入力信号
111 逆拡散ブロック
112 逆拡散部
113 複素共役部
114 伝播路推定部
115 乗算器
116 判定器
117 拡散ブロック
118 拡散部
119 乗算器
Claims (14)
- 互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波から、所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうち、少なくとも一方を計測する超音波測定方法であって、
前記互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波を第1および第2の受波器で受信し、それぞれ第1および第2の受信信号を生成するステップ(A1)と、
前記第1および第2の受信信号を、所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で逆拡散処理することにより、少なくとも1つの逆拡散信号を生成するステップ(B1)と、
前記逆拡散信号から複数の閾値を用いて各閾値以上の振幅を有する信号をそれぞれ抽出することにより、前記閾値ごとに異なる干渉信号を生成するステップ(C1)と、
前記干渉信号を所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で拡散処理した後、第1および第2の受信信号から除去することにより、前記閾値ごとに干渉信号が除去された第1および第2の受信信号を生成するステップ(D1)と、
前記干渉信号が除去された第1および第2の受信信号を所望の超音波の符号で逆拡散し、前記閾値ごとに干渉信号が除去され、逆拡散された第1および第2の受信信号を生成するステップ(E1)と、
前記閾値ごとに、前記逆拡散された第1および第2の受信信号間の最大相関値を求めるステップ(F1)と、
前記閾値ごとに求めた最大相関値の最大値が得られた閾値を決定するステップ(G1)と、
前記決定した閾値に対応する前記逆拡散された第1および第2の受信信号の前記第1および第2の受波器への到達時間から、前記所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうちの少なくとも一方を算出するステップ(H1)と、
を包含する超音波測定方法。 - 前記ステップ(C1)から(F1)は、あらかじめ設定された複数の閾値を用い、複数の閾値に対する各ステップの処理を並列に行う請求項1に記載の超音波測定方法。
- 互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波から、所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうち、少なくとも一方を計測する超音波測定方法であって、
前記互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波を第1および第2の受波器で受信し、それぞれ第1および第2の受信信号を生成するステップ(A2)と、
前記第1および第2の受信信号を、所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で逆拡散処理することにより、少なくとも1つの逆拡散信号を生成するステップ(B2)と、
前記逆拡散信号から閾値を用いて前記閾値以上の振幅を有する信号を抽出することにより、干渉信号を生成するステップ(C2)と、
前記干渉信号を所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で拡散処理した後、第1および第2の受信信号から除去することにより、干渉信号が除去された第1および第2の受信信号を生成するステップ(D2)と、
前記干渉信号が除去された第1および第2の受信信号を所望の超音波の符号で逆拡散し、前記干渉信号が除去され、逆拡散された第1および第2の受信信号を生成するステップ(E2)と、
前記逆拡散された第1および第2の受信信号間の最大相関値を求めるステップ(F2)と、
前記閾値の値を変化させてステップ(B2)から(F2)を実行するステップ(G2)と、
前記最大相関値と直前の最大相関値との差が所定の値以下になるまで、前記ステップ(G2)を繰り返すステップ(H2)と、
前記最大相関値と直前の最大相関値との差が所定の値以下になった際の閾値に対応する前記逆拡散された第1および第2の受信信号の前記第1および第2の受波器への到達時間から、前記所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうちの少なくとも一方を算出するステップ(I2)と、
を包含する超音波測定方法。 - 前記ステップ(H2)において、前記最大相関値と直前の最大相関値との差に基づいて、前記閾値の値を決定する請求項3に記載の超音波測定方法。
- 前記符号はM系列の擬似拡散符号である請求項1から4のいずれかに記載の超音波測定方法。
- 前記符号に、前記超音波の位相の0度および180度の状態を割り当てる請求項1から5のいずれかに記載の超音波測定方法。
- 前記逆拡散された第1および第2の受信信号間の最大相関値は、複素数の相関を求めることにより算出する請求項1から6のいずれかに記載の超音波測定方法。
- 互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波から、所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうち、少なくとも一方を計測する超音波測定装置であって、
前記互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波を受信し、それぞれ受信信号を生成する第1および第2の受波器と、
前記第1および第2の受波器に接続された第1および第2の干渉除去部であって、前記受信信号を、所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で逆拡散処理することにより、少なくとも1つの逆拡散信号を生成し、前記逆拡散信号から複数の閾値を用いて各閾値以上の振幅を有する信号をそれぞれ抽出することにより、前記閾値ごとに異なる干渉信号を生成し、前記干渉信号を所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で拡散処理した後、受信信号から除去することにより、前記閾値ごとに干渉信号が除去された受信信号を生成し、前記干渉信号が除去された受信信号を所望の超音波の符号で逆拡散することにより前記閾値ごとに干渉信号が除去され、逆拡散された受信信号を生成する第1および第2の干渉除去部と、
前記第1および第2の干渉除去部で生成した干渉信号が除去され、逆拡散された受信信号の最大相関値を前記閾値ごとに求める相関部と、
前記閾値ごとに求めた最大相関値の最大値が得られた閾値を選択する選択部と、
前記選択した閾値に対応する干渉信号が除去され、逆拡散された受信信号の前記第1および第2の受波器への到達時間から、前記所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうちの少なくとも一方を決定する距離方位算出部と、
を備える超音波測定装置。 - 前記第1および第2の干渉除去部は、あらかじめ設定された複数の閾値を用い、前記閾値ごとに干渉信号が除去され、逆拡散された受信信号を並列して生成する請求項8に記載の超音波測定装置。
- 互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波から、所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうち、少なくとも一方を計測する超音波測定装置であって、
前記互いに異なる符号でスペクトラム拡散された複数の超音波を受信し、それぞれ受信信号を生成する第1および第2の受波器と、
指令に基づき閾値を更新して逐次生成する閾値変更部と、
前記第1および第2の受波器に接続された第1および第2の干渉除去部であって、前記閾値が更新されるたびに、前記受信信号を、所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で逆拡散処理することにより、少なくとも1つの逆拡散信号を生成し、前記逆拡散信号から前記閾値を用いて前記閾値以上の振幅を有する信号を抽出することにより、干渉信号を生成し、前記干渉信号を所望の超音波以外の超音波の拡散に用いられた符号で拡散処理した後、受信信号から除去することにより、前記干渉信号が除去された受信信号を生成し、前記干渉信号が除去された受信信号を所望の超音波の符号で逆拡散することにより前記干渉信号が除去され、逆拡散された受信信号を生成する第1および第2の干渉除去部と、
前記第1および第2の干渉除去部で生成した干渉信号が除去され、逆拡散された受信信号の最大相関値を前記閾値ごとに求める相関部と、
前記最大相関値と直前に求めた最大相関値との差を求め、前記差が所定の値以下である場合には、そのとき閾値を選択し、前記差が所定の値より大きい場合には、前記閾値変更部へ前記閾値を更新するように指令を出力する相関ピーク値判定部と、
前記選択した閾値に対応する干渉信号が除去され、逆拡散された受信信号の前記第1および第2の受波器への到達時間から、前記所望の超音波の伝播距離および伝播方位のうちの少なくとも一方を決定する距離方位算出部と、
を備える超音波測定装置。 - 前記相関ピーク値判定部は、前記最大相関値と直前の最大相関値との差に基づいて前記閾値の値を変更するよう前記閾値変更部に指令を出力する請求項10に記載の超音波測定装置。
- 前記符号はM系列の擬似拡散符号である請求項8から11のいずれかに記載の超音波測定装置。
- 前記符号に、前記超音波の位相の0度および180度の状態を割り当てる請求項8から12のいずれかに記載の超音波測定装置。
- 前記相関部は、複素数の相関を求めることにより、前記逆拡散された第1および第2の受信信号間の最大相関値を算出する請求項8から13のいずれかに記載の超音波測定装置。
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