專利名稱：超聲波測定方法和超聲波測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了超聲波的測定方法和測定裝置。尤其涉及使用基于擴頻編碼的超聲波，在測量物體和測量裝置之間存在相對速度的情況下，也能夠準(zhǔn)確地測定超聲波的傳播距離或者傳播方向的測定方法和測定裝置。
背景技術(shù)：
超聲波測定裝置包括發(fā)送超聲波的發(fā)送器和接收超聲波的接收器，根據(jù)發(fā)送器發(fā)送超聲波之后、接收器接收超聲波為止所需的時間，測量發(fā)送器和接收器之間的距離。或者，根據(jù)發(fā)送器發(fā)送超聲波之后，從發(fā)送器發(fā)送的超聲波到達(dá)對象物且接收器接收到在對象物中反射的超聲波為止所需的時間，測量對象物和超聲波測定裝置之間的距離。在存在多個這樣的超聲波測定裝置的環(huán)境中，若從各個超聲波測定裝置同時發(fā)送超聲波，則會相互混淆，有可能產(chǎn)生錯誤測量。因此，考慮按每個超聲波測定裝置利用互不相同的碼對所使用的超聲波進行編碼來區(qū)分超聲波的方法。例如專利文獻1公開了采用編碼的現(xiàn)有的超聲波測定裝置。圖11表示在專利文獻1中公開的現(xiàn)有的超聲波測定裝置的框圖。以下，說明該現(xiàn)有的超聲波測定裝置101的基本動作。超聲波測定裝置101包括發(fā)送器8、接收器9、相關(guān)器103、峰值檢測器104以及脈沖產(chǎn)生器105。脈沖產(chǎn)生器105生成發(fā)送器8的驅(qū)動信號，發(fā)送器8將超聲波信號發(fā)送到空間。發(fā)送的超聲波信號通過超聲波傳播路徑4而到達(dá)物體3，并在物體3中產(chǎn)生反射。反射的超聲波信號經(jīng)過超聲波傳播路徑7而到達(dá)接收器9。對于驅(qū)動信號，按每個超聲波測定裝置使用不同的碼進行編碼，使得即使各個超聲波測定裝置的超聲波信號混淆，也能夠進行區(qū)分。 若考慮從混淆的信號中解讀期望的信號的碼后取出，則期望其他信號與期望的信號完全不相似。具有這樣的特性且基于規(guī)定的規(guī)則而人為生成的不規(guī)則的信號被稱為偽隨機信號 (pseudo random signals)0從處理的簡單化考慮，在大多數(shù)情況下，偽隨機信號利用2值信號(“1”和“0”或者“1”和“-1”)。在由2值構(gòu)成的偽隨機信號中，已知M序列、Barker序列、Golay序列。 其中，M序列是在使用了擴頻技術(shù)的通信系統(tǒng)中所使用的碼，相對于傳送的信息呈噪聲狀， 但通過使用脈沖壓縮的相關(guān)處理，起到可識別的傳送波的作用。即，在不同的M序列之間， 由于對方只能被當(dāng)作噪聲，所以取出自身的信號是非常有效的。此外，無論自身如何，只要時間稍微偏離，則只能被當(dāng)作噪聲。因此，通過使用M序列的偽隨機信號，對發(fā)送信號進行編碼，從而能夠從混淆的接收信號的時間序列中提取期望的接收信號，且能夠確定其接收時刻。脈沖產(chǎn)生器105產(chǎn)生的驅(qū)動信號是基于擴頻(M序列離散)的隨機波。在專利文獻1中，通過將對應(yīng)于碼“ 1，，的頻率和對應(yīng)于碼“0”的頻率設(shè)為不同的二進制頻移鍵控方式，實現(xiàn)具有這樣的特性的偽隨機信號。對于從發(fā)送器8發(fā)送并經(jīng)過超聲波傳播路徑7而到達(dá)接收器9的超聲波，通過相關(guān)器103求出與脈沖產(chǎn)生器105生成的偽隨機信號的相關(guān)。峰值檢測器104求出相關(guān)值的峰值。相關(guān)值的峰值時刻表示從發(fā)送器8發(fā)送的超聲波到達(dá)接收器9的到達(dá)時刻。從發(fā)送了超聲波的時刻到相關(guān)值的峰值的時刻的時間是到達(dá)物體3為止的超聲波的傳播時間，所以能夠基于超聲波的傳播速度，求出從超聲波測定裝置101至物體3的距離。由于基于擴頻(M序列離散)的偽隨機信號是隨著每個超聲波測定裝置而不同的固有信號，所以即使從其他的超聲波測定裝置發(fā)送的超聲波到達(dá)了接收器9，與在脈沖產(chǎn)生器105中生成的偽隨機信號的相關(guān)非常小。因此，在相關(guān)器103中不能檢測出峰值，超聲波測定裝置101能夠識別從其他的超聲波測定裝置獲得的偽隨機信號。如上所述，在M序列之間，相對期望的信號，其他的信號只被當(dāng)作噪聲，所以與從其他的超聲波測定裝置發(fā)送的超聲波所帶來的接收信號的相關(guān)非常小。因此，不能檢測出相關(guān)值的峰值，能夠識別從其他的超聲波測定裝置獲得的偽隨機信號。 但是，在將使用了 M序列等編碼的超聲波測定裝置安裝在自主移動機器人等移動體中的情況下，或者相反，周圍的物體移動的情況下，在周圍的物體和超聲波測定裝置中發(fā)生非零的相對速度。若因該相對速度而產(chǎn)生多普勒偏移(Doppler shift)，則在相關(guān)處理時，根據(jù)相關(guān)參考信號和接收信號的定時偏差，M序列原本具有的相關(guān)增益顯著惡化。圖12 是表示了該惡化現(xiàn)象的圖。圖12(a)表示使用M序列進行了編碼的接收信號70。在沒有多普勒偏移的情況下，即發(fā)送器與接收器之間的相對速度為0的情況下，通過相關(guān)處理，獲得如圖12(b)所示的解擴波形71。在圖12(b)的情況下，在與接收時刻73同步的部分產(chǎn)生大的相關(guān)峰值，其前后的相關(guān)噪聲部分被充分抑制，獲得了大的S/N。但是，若發(fā)生多普勒偏移，則如圖12(c)的解擴波形72所示，相關(guān)峰值顯著降低，且前后的相關(guān)噪聲部分的電平上升，所以S/N大幅降低。作為補償如上所述的多普勒偏移的方式，具有在非專利文獻1中公開的方法。圖 13是在非專利文獻1中公開的多普勒偏移補償方式的基本框圖。圖13的基本系統(tǒng)包括在設(shè)想多普勒偏移的范圍內(nèi)具有伸縮的參考信號的多個解擴部81a 81e，分別通過各個解擴部81a Sle處理使用M序列進行了編碼的接收信號，并按每個解擴部輸出解擴波形 82a 82e。在圖13的情況下，解擴部81c的參考信號和多普勒偏移一致，在解擴信號82c 中看到較大的相關(guān)峰值，且在其前后的解擴信號82b和82d中看到稍微小的相關(guān)峰值，但在參考信號的伸縮與多普勒偏移大不相同的解擴波形8 或82e中，僅觀察到相關(guān)噪聲。在非專利文獻1的方式中，從上述的多個解擴波形82中選擇最大的相關(guān)峰值，在傳播時間等的測量等中利用。此外，作為其他補償多普勒偏移的方式，具有在專利文獻2和專利文獻3中公開的方法。圖14是說明在專利文獻2中公開的多普勒補償方式的基本原理的圖。在專利文獻2中，采用在頻域中進行編碼的正交頻分復(fù)用方式(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,以下，稱為OFDM)。在頻域中的碼的情況下，多普勒偏移的影響也大。原本如圖14(a)所示那樣被副載波91分割的碼，因多普勒偏移而發(fā)生頻域上的伸縮，成為如圖 14(b)所示那樣伸縮的副載波93而被接收。若直接解調(diào)，則不能再生原信號。在專利文獻 2的多普勒偏移補償方式中，在比原本在編碼中使用的副載波更高頻的部分設(shè)置了多普勒偏移補償用信號92。通過多普勒偏移，多普勒偏移補償用信號92在圖14(b)中成為信號 94，作為多普勒偏移的結(jié)果的頻率偏差95來測量。在專利文獻2中，使用上述的頻率偏差95，對全部副載波93進行再采樣(resampling)，復(fù)原了如圖14(c)所示的原信號的副載波 96之后，進行解調(diào)來再生原信號。同樣地，在專利文獻3中公開的現(xiàn)有技術(shù)中，將副載波91 的最高頻帶的頻率偏移用作多普勒偏移校正用信號，與專利文獻2同樣地校正副載波的多普勒偏移?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 (日本)特開2004-108826號公報專利文獻2 (日本)特開2007-202088號公報專利文獻3 (日本)特開2006-279173號公報非專利文獻非專利文獻1 地學(xué)雑誌110(4)P5^-543Q001)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的課題)在非專利文獻1中公開的方式中，作為多普勒補償方式，高速處理性和可靠性高。 此外，由于并不是測量并修正多普勒偏移的方法，所以還能夠應(yīng)對接收信號包括多個多普勒偏移的情況。但是，難以完全補償多普勒偏移來恢復(fù)相關(guān)增益。因此，為了確保測量的精度，需要減小參考信號的伸縮的間隔，所以需要的解擴部增加，導(dǎo)致硬件規(guī)模增大且成本提高，難以應(yīng)用于民用設(shè)備。在專利文獻2和3中公開的方式是，另外設(shè)置多普勒偏移補償用信號或者將信號的一部分用作多普勒偏移補償用信號，由于能夠由此推測多普勒偏移，所以能夠進行正確的修正。但是，由于對副載波整體進行再采樣，所以需要記錄全部信號，修正需要存儲器和處理時間。因此，認(rèn)為專利文獻2和3的方式在將聲波用作載波的情況下，能夠應(yīng)用于即使處理速度比較低也允許的低速數(shù)據(jù)通信等中，但不適合自主移動機器人的障礙物檢測等需要高速響應(yīng)性的處理方式。此外，在應(yīng)用于自主移動機器人等的障礙物檢測的情況下，假設(shè)一般情況下檢測對象為不確定的多數(shù)，且在其中存在以各種相對速度移動的物體(例如人等)。因此，由于自主移動機器人和檢測對象之間的相對速度同時混合存在各種各樣的速度，所以在專利文獻2中公開的使用個別的補償用信號的方式是難以應(yīng)對的。本發(fā)明解決這樣的現(xiàn)有技術(shù)的課題，其目的在于，提供一種在超聲波測定裝置在受到不確定的多個多普勒偏移的影響的環(huán)境中工作的情況下，也能夠通過簡單的處理進行精度高的測量的超聲波測定裝置和超聲波測定方法。(用于解決課題的手段)本發(fā)明的超聲波測定方法，使用編碼擴頻超聲波信號來測量所述編碼擴頻超聲波信號的傳播距離和傳播方位中的至少一個，所述編碼擴頻超聲波信號具有規(guī)定的載頻，且使用具有與所述載頻同步的碼周期的碼進行了調(diào)制，其中，所述超聲波測定方法包括步驟Α，至少使用兩個接收器來接收所述編碼擴頻超聲波信號，并至少生成兩個接收信號；步驟B，對所述至少兩個接收信號使用所述載頻分別進行正交檢波，生成每個接收信號的I分量和Q分量；步驟C，基于與所述載頻的周期同步的碼周期，對所述每個接收信號的I分量和Q 分量進行相位差分處理，生成除去了多普勒偏移引起的相位變動的I’分量和Q’分量；步驟D，使用與所述碼不同的碼，基于與所述載頻同步的時間間隔，對所述每個接收信號的I’分量和Q’分量進行解擴處理，生成解擴后的I”分量和Q”分量；步驟E，根據(jù)所述每個接收信號的I”分量和Q”分量，計算所述每個接收信號的振幅信息和相位信息；以及步驟F，根據(jù)對所述每個接收信號計算出的振幅信息和相位信息，計算超聲波的傳播距離和傳播方位中的至少一個。在一個優(yōu)選的實施方式中，向所述碼分配所述載頻的相位的0度和180度的狀態(tài)。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述步驟C的相位差分處理滿足數(shù)學(xué)式1I' (t) = I(t)I(t-T0)+Q(t)Q(t-T0)Q' (t) = I(t)Q(t-T0)-Q(t)I(t-T0)(其中，τ。為發(fā)送時的碼周期)。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述碼為M序列的偽擴頻碼。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述步驟D中的與所述碼不同的碼為旋轉(zhuǎn)了所述碼的相位的M序列的偽擴頻碼。本發(fā)明的超聲波測定裝置，使用編碼擴頻超聲波信號測量所述編碼擴頻超聲波信號的傳播距離和傳播方位中的至少一個，所述編碼擴頻超聲波信號具有規(guī)定的載頻，且使用具有與所述載頻同步的碼周期的碼進行了調(diào)制，其中，所述超聲波測定裝置包括接收部，其至少使用兩個接收器來接收所述編碼擴頻超聲波信號，并至少生成兩個接收信號；正交檢波部，其對所述至少兩個接收信號使用所述載頻分別進行正交檢波，生成每個接收信號的I分量和Q分量；矢量運算部，其基于與所述載頻的周期同步的碼周期，對所述每個接收信號的I 分量和Q分量進行相位差分處理，生成除去了多普勒偏移引起的相位變動的I’分量和Q’ 分量；解擴器，其使用與所述碼不同的碼，基于與所述載頻同步的時間間隔，對所述每個接收信號的I’分量和Q’分量進行解擴處理，生成解擴后的I”分量和Q”分量；解調(diào)部，其根據(jù)所述每個接收信號的I”分量和Q”分量，計算所述每個接收信號的振幅信息和相位信息；以及距離方位計算部，其根據(jù)對所述每個接收信號計算出的振幅和相位信息，計算超聲波的傳播距離和傳播方位中的至少一個。在一個優(yōu)選的實施方式中，向所述碼分配所述載頻的相位的0度和180度的狀態(tài)。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述矢量運算部的處理滿足數(shù)學(xué)式1I' (t) = I(t)I(t-T0)+Q(t)Q(t-T0)Q' (t) = I(t)Q(t-T0)-Q(t)I(t-T0)
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(其中，τ。為發(fā)送時的碼周期)。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述碼為M序列的偽擴頻碼。在一個優(yōu)選的實施方式中，與所述碼不同的碼為旋轉(zhuǎn)了所述碼的相位的M序列。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，通過基于與載頻同步的碼周期對接收信號的正交檢波信號進行處理，從而進行多普勒偏移的除去，通過在解擴處理中使用與在發(fā)送中使用的碼不同的碼，從而能夠獲得具有與沒有多普勒偏移時相同的S/N比的解擴信號。此外，即使此時在規(guī)定的多普勒偏移的范圍內(nèi)存在多個多普勒偏移、即相對速度不同的反射物體，也沒有關(guān)系。因此，根據(jù)本發(fā)明，無需測量多普勒偏移，就能夠抑制多普勒偏移的影響，能夠準(zhǔn)確地測定至對象物的距離或方位。


圖1是表示本發(fā)明的超聲波測定裝置的使用環(huán)境的一例的圖。圖2是說明在本發(fā)明中使用的2相相移調(diào)制的圖。圖3是表示本發(fā)明的超聲波測定裝置的實施方式的基本結(jié)構(gòu)的框圖。圖4是表示本發(fā)明的信號處理的流程的流程圖。圖5是表示超聲波測定裝置的多普勒除去部20的基本結(jié)構(gòu)的框圖。圖6是表示在多普勒除去部的各個處理階段中的波形的一例的圖。圖7Α是說明M序列的相似性的圖。圖7Β是表示說明M序列的相似性的具體例的圖。圖8是表示超聲波測定裝置的解擴器21的基本結(jié)構(gòu)的框圖。圖9是表示在本發(fā)明的超聲波測定裝置中對包括多普勒效應(yīng)的接收信號進行了處理的實驗結(jié)果的一例的圖。圖10是表示在使用本發(fā)明的超聲波測定裝置進行了多普勒除去時多普勒速度依賴性的一例的圖。圖11是表示現(xiàn)有的超聲波測定裝置的基本結(jié)構(gòu)的圖。圖12是說明在基于多普勒效應(yīng)的接收信號的解擴時的波形變化的圖。圖13是說明現(xiàn)有的多普勒偏移除去方法的原理的圖。圖14是說明現(xiàn)有的多普勒偏移除去方法的其他方式的原理的圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的超聲波測定裝置和超聲波測定方法的實施方式。本發(fā)明的超聲波測定裝置，即使在超聲波測定裝置的發(fā)送器與接收器之間存在非零的相對速度，且超聲波的載頻受到多普勒偏移的情況下，也能夠抑制多普勒偏移的影響，測量超聲波的傳播距離和傳播方位中的至少一個。圖1表示本發(fā)明的超聲波測定裝置的使用環(huán)境的一例。在圖1中，移動體1為自主移動機器人等。超聲波測定裝置2安裝在移動體1中。 超聲波測定裝置2通過向物體3發(fā)送超聲波，并接收在物體3中反射的反射波，從而測量超聲波的傳播路徑4的長度或者物體3與超聲波測定裝置2之間的距離。此外，還能夠求出
8從超聲波測定裝置2看到的物體3的方位。在移動體1向圖中箭頭方向移動的情況下，移動體1和物體3之間存在相對速度。實際上，還假設(shè)物體3移動的情況。相對速度在如下情況下存在(1)移動體1和物體3中的一個靜止，另一個向任意的方向以任意的速度移動的情況；(2)移動體1和物體3兩者向互不相同的方向以任意的速度移動的情況；C3)移動體1和物體3兩者向相同的方向以不同的速度移動的情況。在這樣存在相對速度的情況下， 超聲波測定裝置2收發(fā)的超聲波信號受到多普勒偏移的影響。以下，作為本實施方式，說明超聲波測定裝置2和超聲波測定方法。在本實施方式中，超聲波測定裝置2包括用于發(fā)送超聲波的發(fā)送器以及驅(qū)動發(fā)送器的驅(qū)動部。但本發(fā)明還包含如下實施方式，即，超聲波測定裝置不包括發(fā)送器和驅(qū)動部，而是通過接收從獨立的超聲波發(fā)送裝置發(fā)送的超聲波，從而測定與超聲波測定裝置之間的距離或者方位，并且還包括基于這種超聲波測定裝置的超聲波測定方法。在本實施方式中，圖1所示的超聲波測定裝置2發(fā)送的超聲波通過M序列碼被編碼并被擴頻。除此之外，也可以通過Barker序列、Golay序列等其他偽隨機信號序列對超聲波進行編碼。在用于編碼的調(diào)制方式中，例如使用使擴頻碼的“1”對應(yīng)于規(guī)定頻率的正弦波、使擴頻碼的“_1”對應(yīng)于相位反轉(zhuǎn)了 180度的規(guī)定頻率的正弦波的2相相移調(diào)制。另外，將該規(guī)定頻率的正弦波稱為“載波”。即，對擴頻碼的“ 1，，和“-1，，分配載頻的相位的0 度和180度的狀態(tài)。優(yōu)選根據(jù)所使用的發(fā)送器和接收器的頻帶，決定在擴頻碼的一個碼內(nèi)存在的正弦波的波數(shù)。在頻帶窄的情況下，增加波數(shù)，在相反的情況下，減少波數(shù)。由于波數(shù)越少則擴頻的擴頻率越高，所以抗噪性提高。M序列的次數(shù)(M序列的長度)越大，則抗噪性提高。但是，隨著次數(shù)增加，所發(fā)送的超聲波變長，容易受到環(huán)境變化的影響，尤其是多普勒偏移的影響。例如，在載波的頻率為40kHz，且將存在于1個碼內(nèi)的正弦波的波數(shù)設(shè)為3的情況下， 若使用7次M序列，則所發(fā)送的超聲波的持續(xù)時間大約是9. 5ms。圖2(a)和(b)是說明2相相移調(diào)制方式的圖。例如，如圖2(a)所示，在使用由 “1、-1、1、1”表示的擴頻碼5，將正弦波的載波通過2相相移調(diào)制方式進行了擴頻的情況下， 獲得圖2(b)所示的波形6的隨機波。在波形6中，每一個碼的載波為4個波，所以在碼“1” 和碼“-1”的邊界上相位反轉(zhuǎn)。圖3是表示本發(fā)明的實施方式的超聲波測定裝置2的基本結(jié)構(gòu)的框圖。超聲波測定裝置2包括發(fā)送器12、第一接收器13 (1)、第二接收器13 (2)、發(fā)送部14、運算部15、第一接收部17 (1)、第二接收部17 (2)、窗設(shè)定部18、第一多普勒除去部20 (1)、第二多普勒除去部2(K2)、第一解擴器21(1)、第二解擴器21 O)以及距離方位計算部22。隔著距離L，相鄰配置第一接收器13(1)和第二接收器13(2)。 在本實施方式中，第一接收器13 (1)和第二接收器13 (2)接收超聲波，并求出由各個接收器接收的超聲波的傳播時間，推測距離。此外，根據(jù)傳播時間之差，計算超聲波傳播而來的方位。以下，有時還將第一接收器13(1)和第二接收器13( 統(tǒng)稱為接收器13。同樣地，有時將第一多普勒除去部20(1)和第二多普勒除去部20 (2)稱為多普勒除去部20，將第一解擴器21 (1)和第二解擴器21 (2)稱為解擴器21。 另外，在本實施方式中，為了計算方位，超聲波測定裝置2包括兩個接收器。但是， 也可以通過求出三維方位的情況等包括3個以上的接收器和相關(guān)的結(jié)構(gòu)的超聲波測定裝置的方式來實施本發(fā)明。在將超聲波測定裝置2的最大測定距離(測定界限)設(shè)定為5m IOm的情況下， 通過考慮最大測定距離和大氣中的超聲波的衰減特性，能夠決定所使用的超聲波的頻率。 由于超聲波的頻率越高則波長越短，所以傳播時間測定中的時間分辨率提高。但是，若頻率高，則大氣中的超聲波的衰減也會增加。若考慮發(fā)送器12和接收器13的一般性能，則例如在最大測定距離為5m至IOm的情況下，適合IOOkHz以下的超聲波。在本實施方式中，將 40kHz的超聲波用于測量。在發(fā)送器12和接收器13中，例如能夠使用壓電陶瓷的撓性振子的超聲波振子，或者能夠使用將PVDF壓電高分子膜作為振子的發(fā)送器和接收器等。只要使用相同規(guī)格的超聲波振子等作為第一接收器13(1)和第二接收器13 O)，則接收器的特性偏差幾乎不會對測量精度產(chǎn)生影響。運算部15由微型計算機等構(gòu)成，生成驅(qū)動信號，且控制多普勒除去部20、解擴器 21、窗設(shè)定部18以及距離方位運算部22。在運算部15中生成的驅(qū)動信號是通過M序列的擴頻碼5進行了擴頻處理的隨機波6(圖2(a)、(b))，由發(fā)送部14將其變化為模擬信號后驅(qū)動發(fā)送器12。圖4是表示在本實施方式的超聲波測定裝置2中執(zhí)行的超聲波測定方法的實施方式的流程圖。以下，參照圖4的步驟和圖3的框圖，說明具體的超聲波測定方法。(步驟Si)步驟Sl對應(yīng)于步驟A。第一接收器13 (1)、第二接收器13 (2)分別接收從發(fā)送器 12發(fā)送并在物體2中反射后的超聲波。第一接收器13(1)、第二接收器13( 將接收到的超聲波變換為電性接收信號。第一接收部17(1)、第二接收部17( 分別放大接收信號，并通過A-D變換而變換為數(shù)字信號。分別按照以下的步驟，對由第一接收部17(1)獲得的接收信號和由第二接收部17( 獲得的接收信號進行處理。A-D變換的采樣頻率優(yōu)選發(fā)送時的載波的頻率的4倍以上，此外，一般設(shè)定為發(fā)送時的載波頻率的整數(shù)倍。在反射體3和超聲波測定裝置2之間存在相對速度的情況下，接收信號受到多普勒偏移的影響，與發(fā)送時相比，圖2(b)所示的載波的相位反轉(zhuǎn)的位置變化，即碼的周期變化。因此，即使對A-D變換后的接收信號直接進行解擴，解擴信號的相關(guān)增益也顯著降低， 不能準(zhǔn)確地判斷相關(guān)。因此，需要多普勒除去處理。作為多普勒除去處理的一個方法，考慮檢測多普勒偏移量(頻率變化)，并使用檢測出的多普勒量來校正接收信號。但是，在使用這個方法的情況下，需要以高精度檢測多普勒偏移量。本實施方式的超聲波測定裝置2根據(jù)以下的步驟S2至S6，不檢測多普勒偏移量，而是通過對接收信號進行信號處理來獲得降低了多普勒偏移的影響的接收信號。(步驟S2)步驟S2包含在步驟A中。由運算部15控制的窗設(shè)定部18從在步驟Sl中被變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的接收信號中切出從發(fā)送開始時刻TO經(jīng)過了一定時間的Tl和T2為止的(T2-T1) 的信號。具體地說，窗設(shè)定部18向乘法器19⑴、19⑵輸出0或者預(yù)先設(shè)定的0以外的常數(shù)，切出被變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)的一部分。切出時間(T1、T2)的設(shè)定是基于超聲波測定裝置的可測量的測定距離或用于測量的超聲波的長度而設(shè)定的。
例如，在測定距離為Im 5m的情況下，由于超聲波往返于測定范圍內(nèi)的物體和超聲波測定裝置之間，所以傳播距離是an 10m。由于超聲波在空氣中的聲速大約為340m/ sec，所以將an和IOm換算為傳播時間，則分別大約為6msec和大約30msec。此外，若將載波的頻率設(shè)為40kHz、存在于一個碼內(nèi)的正弦波的波數(shù)設(shè)為3，則7次的M序列的信號的持續(xù)時間大約是9. 5msec0因此，將發(fā)送時刻TO作為原點，超聲波最早到達(dá)的時刻Tl是6ms， 超聲波最晚到達(dá)的時刻T2是39. 5msec0因此，窗設(shè)定部18設(shè)定如下切出接收數(shù)據(jù)的窗將開始了超聲波的發(fā)送的時刻TO設(shè)為零，包括從時刻Tl = 6ms至?xí)r刻T2 = 39. 5ms的期間。乘法器19(1)、19(2)將切出的接收信號輸出到多普勒除去部20。在本發(fā)明的實施方式中，直接使用與發(fā)送超聲波時的載頻同步的采樣頻率(載頻的整數(shù)倍)，進行多普勒除去。圖5是表示多普勒除去部20(1)、20 (2)的具體結(jié)構(gòu)的框圖。多普勒除去部20(1)、 20(2)包括正交檢波部23和矢量運算部沈。正交檢波部23包括在接收信號上乘以基于發(fā)送時的載頻ω0的Cos ω0Τ和Sinω0Τ的乘法器24(1),24(2)以及低通濾波器25(1)、25 (2)。 矢量運算部26包括延遲部27 (1)、27 (2)、乘法器28 (1)、28 (2)、28 (3)、28 (4)、加法器29 (1)、 29(2)。(步驟S3)步驟S3對應(yīng)于步驟B。步驟S3由正交檢波部23執(zhí)行。接收信號在正交檢波部23 中，基于發(fā)送時的載頻Qci，被分解為作為兩個相互正交的正交信號的I分量和Q分量。受到多普勒偏移的接收信號如式(1)所示。數(shù)學(xué)式2w(t) = Ad(t)bd(t-Tp)Cos(od(t-Tp)) (1)其中，w(t)是接收信號，Ad(t)是接收信號的振幅值，《(1是受到多普勒偏移的載頻，Tp是從發(fā)送到接收為止的超聲波的傳播時間。此外，bd(t)是受到多普勒偏移的M序列， 如以下的式⑵所示。數(shù)學(xué)式3
A"、{-U},(U-I)Td <t<nrd ,\<n<N w^o,其他⑵其中，Mn表示M序列的第η個值(_1或1)，N表示M序列的數(shù)據(jù)數(shù)，τ d表示受到多普勒偏移的載頻中的M序列的碼周期。這里，碼周期表示載頻和在一個碼中包含的載波的波數(shù)之積。另外，實際的接收信號通過接收部17的A-D變換而被變換為數(shù)字信號(離散信號)，但在這里為了方便而表示為連續(xù)波信號。通過對上述式(1)的接收信號進行正交檢波而獲得的I (t)分量和Q(t)分量分別成為式⑶和式⑷。數(shù)學(xué)式4I(t) = w (t) Cos ω 0t I LPF= CAd (t) bd (t-Tp) Cos (ω dTp- ( ω d- ω 0) t)= CAdbd (t"Tp) Cos (ω dTp- Δ ω dt)(3)
數(shù)學(xué)式5Q(t) = w (t) Sin ω 0t |LPF= CAd (t) bd (t-Tp) Sin (ω dTp- (ω d- ω 0) t)= CAdbd (t-Tp) Sin (ω dTp- Δ ω dt) (4)其中，Δ ^^表示多普勒偏移頻率。此外，由于認(rèn)為振幅Ad(t)十分緩慢地變化，所以設(shè)為常數(shù)Ad。C是正交檢波部23所固有的常數(shù)。通過式C3)和式G)，I分量和Q分量除了伴隨基于本應(yīng)發(fā)生的2相相移調(diào)制的M序列編碼的振幅的正負(fù)變換之外，還包括以多普勒偏移頻率△ ω d緩慢地變動的正弦波分量。因此，若進行I分量和Q分量的解擴處理，則即使在相對速度小的情況下，也因多普勒偏移引起的正弦波變動而相關(guān)輸出顯著降低。將正交信號的I(t)分量、Q(t)分量輸入到矢量運算部26。(步驟S4)步驟S4對應(yīng)于步驟C。步驟S4由矢量運算部沈執(zhí)行。矢量運算部沈包括延遲部27、乘法器觀以及加法器四，執(zhí)行由下式( 表示的矢量運算。數(shù)學(xué)式1I' (t) = I(t)I(t-T0)+Q(t)Q(t-x0)Q' (t) = I (t) Q (t- τ 0) -Q (t) I (t- τ 0) (5)(其中，τ。為發(fā)送時的碼周期)。通過上述式( 所示的運算，矢量運算部沈根據(jù)接收信號的I (t)分量和Q(t)分量，生成作為正交差分信號的I’ (t)分量和Q’ (t)分量。I’ (t)分量和Q’ (t)分量分別由式(6)和式(7)所示。數(shù)學(xué)式6I' (t) = C2Ad2bd (t-Tp- τ 0) bd (t_Tp) Cos ( Δ ω d τ 0) (6)數(shù)學(xué)式7Q ‘ (t) = C2Ad2bd (t-Tp- τ 0) bd (t_Tp) Sin ( Δ ω d τ 0) (7)這里，τ ^表示發(fā)送時的碼周期，表示圖5中的延遲部27的延遲時間。實際上，因多普勒偏移的影響，碼周期從τ ^變化為xd，但由于τ 未知數(shù)，所以在本發(fā)明的實施方式中，勉強利用S。矢量運算部沈生成的I’(t)和Q’(t)成為具有根據(jù)多普勒偏移Δ 0^和 τ C1決定的固定相位的正交輸出分量。由于式(5)的矢量運算處理本質(zhì)上是計算每個碼周期的相位差，所以將該處理稱作相位差分處理。通過相位差分處理，以在I (t)分量和Q(t) 分量中看到的以多普勒偏移頻率△ 變動的分量，變換為由多普勒偏移頻率△ cod和碼周期τ ^決定的、時間變動的內(nèi)常數(shù)(固定相位)。BP, I' (t)和Q’⑴與時間無關(guān)地具有大致固定的振幅值。若在這個狀態(tài)下，使用適當(dāng)?shù)膮⒖即a進行解擴處理，則能夠抑制振幅變動引起的相關(guān)輸出降低。表示信號波形的同時說明步驟S3和S6的接收信號的處理。圖6(a)表示輸入到正交檢波部23的接收信號30。接收信號30是以受到多普勒偏移的碼周期被進行調(diào)制且包括載波的信號。圖6(b)表示通過執(zhí)行步驟S3而從正交檢波部23輸出的I分量的包絡(luò)線 31和Q分量的包絡(luò)線32、由被調(diào)制的碼表示的I分量33和Q分量34。如上所述，由于在I 分量和Q分量中，包括以多普勒偏移頻率Δ ω^Ι慢地變動的正弦波分量，所以振幅并不固定。
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圖6(c)表示從矢量運算部沈輸出的I’分量的包絡(luò)線35和Q’分量的包絡(luò)線36、 由被調(diào)制的碼表示的I’分量37和Q’分量38。I’分量和Q’分量與時間無關(guān)地具有大致固定的振幅值。但是，若比較圖6(a)和圖6(c)可知，I’分量和Q’分量的碼串不同于進行正交檢波之前或者發(fā)送信號的碼串。(步驟S5)步驟S5對應(yīng)于步驟D。由于通過步驟S3和步驟S4抑制了多普勒偏移引起的振幅變動，所以接下來考慮在解擴中使用的參考碼。通過步驟S4中的矢量運算部沈的處理，原 M序列變化為其他的序列。因此，使用與在發(fā)送中使用的碼不同的碼，基于與載頻同步的時間間隔，對I’分量和Q’分量進行解擴處理。這里，若假設(shè)在(式6)和(式7)的M序列bd中，τ。 ^成立，則能夠如(式 8)所示那樣表示。數(shù)學(xué)式8bd (t-Tp- τ 0) bd (t-Tp) U (t_Tp) MlriMn (8)式(8)中的U(t_Tp)是表示傳播時間的單元函數(shù)。如上所述，矢量運算部沈的正交差分信號的I’分量和Q’分量成為原始的M序列(以下，記載為原M序列)和將原M序列偏移了一個碼周期Ttl的M序列的乘積。這里，M序列和將該M序列偏移了一個碼周期的 M序列的乘積MlriMn成為將原M序列的相位偏移的序列。使用圖7(a)和(b)說明這個特征。在圖7(a)中，⑴表示原M序列，即作為在發(fā)送時使用的碼的M序列40。(2)表示將M序列40延遲了一個碼周期的M序列41。M序列40和延遲了一個碼周期的M序列41的積((1) X (2))是由(3)表示的序列 42。該序列42的從S位置開始的序列(若到了最后，則返回到開頭進行比較)是將原M序列40的相位反轉(zhuǎn)的序列。進一步具體說明上述例子。將M序列的次數(shù)設(shè)為3(碼串?dāng)?shù)為23_1，即7)。在圖 7(b)中如⑴所示，例如將3次的M序列設(shè)為1、1、1、-1、-1、1、-1。為了容易掌握碼的順序， 在碼的右上角上利用1至7示出表示碼的順序的數(shù)字(IlU2UVlVl5UVl7)t5在( ) 中示出(i)所示的3次M序列和偏移了一個碼周期的M序列。若將這兩個碼序列相乘，則得到由(i)X(ii)表示的碼序列。反轉(zhuǎn)了該碼序列的碼序列為(i’)。(i’)的由虛線表示的第6個碼起連續(xù)的7個碼等于⑴的由虛線表示的M序列。此外，(i’)的開頭起至第5 個碼與(i)所示的M序列的第3個至第7個碼一致。換言之，(i’ )所示的碼序列是將(i) 所示的M序列的碼的相位向正向旋轉(zhuǎn)了 3個碼的M序列1、-1、_1、1、-1、1、1(13、-I4、-I5、 16、-17、1\12)。由此，M序列與偏移了一個碼周期的M序列之積具有M序列的性質(zhì)。該性質(zhì)是M序列所特有的，被稱為是M序列的相似性。在將M序列與偏移了一個碼周期的M序列之積反轉(zhuǎn)的序列中，從哪個位置起與原M 序列相同的碼串開始、即將M序列與偏移了一個碼周期的M序列之積反轉(zhuǎn)的序列會成為將原M序列的相位旋轉(zhuǎn)了多少個碼的序列，這是隨著所使用的M序列而各不相同的。但是，若決定要使用的M序列，則這個值(旋轉(zhuǎn)的程度)就是唯一確定的。在本發(fā)明的實施方式中，利用該M序列的相似性。具體地說，決定在發(fā)送中使用的 M序列，并調(diào)查將決定的M序列與偏移了一個碼周期的M序列之積反轉(zhuǎn)的序列是將原M序列的相位旋轉(zhuǎn)了多少個碼的序列。
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例如，在將發(fā)送中使用的M序列的碼長度設(shè)為N次、將碼設(shè)為m(例如，m為1或-1) 的情況下，M序列表示為m1、…mk、…mN(k為滿足2<k<N的自然數(shù))。此外，旋轉(zhuǎn)了 M 序列的相位的解調(diào)用M序列表示為!^、…、m\…mN、m1、-m" (i為滿足1彡i < k的自然數(shù))。將該旋轉(zhuǎn)了相位的M序列作為解調(diào)用M序列，對正交差分信號的I’分量和Q’分量分別進行解擴處理。另外，嚴(yán)格的說，解調(diào)用M序列需要旋轉(zhuǎn)原M序列的相位，并進一步反轉(zhuǎn)相位。但是，即使使用沒有反轉(zhuǎn)相位的解調(diào)用M序列進行I’分量和Q’分量的解擴處理， 也僅僅是I’分量和Q’分量整體的相位反轉(zhuǎn)，并不會對根據(jù)I’分量和Q’分量求出接收信號的振幅和相位的運算結(jié)果產(chǎn)生影響。圖8是表示本發(fā)明的實施方式的解擴部的基本處理的框圖。解擴部45對從多普勒除去部20的矢量運算部沈獲得的正交差分信號的I’分量和Q’分量，分別使用解調(diào)用M 序列46執(zhí)行解擴處理。解擴部45還包括延遲部47、乘法器48以及加法器49，使用由這些構(gòu)成的相關(guān)器，對I’分量和Q’分量分別按每個碼周期求出相關(guān)。這里，延遲部47的延遲時間為Ttlt5解擴部45的輸出為正交解擴信號，分別成為被解擴的I”分量和Q”分量(由復(fù)數(shù)表示了接收信號時的實數(shù)部和虛數(shù)部)。(步驟S6)步驟S6對應(yīng)于步驟E。使用通過步驟S5進行了解擴的正交解擴信號，推測除去了多普勒偏移的影響的接收信號的振幅和相位信號。具體地說，將圖8的解擴部45的輸出、 即正交解擴信號的I”分量和Q”分量輸入到解調(diào)部52。解調(diào)部52包括振幅推測器50和相位推測器51，通過圖8所示的處理，推測振幅和相位。具體地說，振幅推測器50將I”分量和Q”分量分別取平方，并計算相加的值的平方根，從而求出接收信號的振幅。此外，相位推測器51通過計算Q”分量和I”分量之比的反正切值，從而求出接收信號的相位。通過對由第一接收部17(1)獲得的接收信號和第二接收部17( 獲得的接收信號分別執(zhí)行步驟S2至S6，從而分別求出由第一接收部17(1)獲得的接收信號和第二接收部 17(2)獲得的接收信號的振幅和相位。(步驟S7)步驟S7對應(yīng)于步驟F。將在步驟S6中推測的振幅和相位的推測值輸入到距離方位計算部22，推測超聲波的傳播時間或方位，計算物體3的位置信息。例如，使用通過上述的計算而求出的接收信號的振幅信息，將接收信號成為規(guī)定振幅值以上的時刻設(shè)為來自物體3的超聲波的到達(dá)時刻。對從發(fā)送器12發(fā)送了超聲波的時刻至到達(dá)時刻為止的時間的1/2乘以超聲波的傳播速度的值成為物體3至第一接收部17(1)為止的距離Dl以及物體3至第二接收部17(2)為止的距離D2。由于第一接收部 17(1)和第二接收部17 )的間隔為L，所以利用三角測量的原理來決定將距離D1、D2、L設(shè)為3個邊的三角形的頂點的位置或者方位，從而能夠求出物體3的方位。在更準(zhǔn)確地求出物體3至第一接收部17(1)的距離或物體3至第二接收部17 O)的距離的情況下，使用接收信號的相位即可。既可以求出物體3的方位以及到至物體3為止的距離這兩者，也可以僅求出任意一個。在本實施方式的解擴器21中，將延遲部中的延遲時間設(shè)定為τ ^。由于受到多普勒偏移而擴展的M序列的實際的碼周期為，所以即使在^ ^的情況下，在次數(shù)大的M 序列的情況下，也按每個碼相乘周期之差，從M序列的末端起發(fā)生接收數(shù)據(jù)的碼和解調(diào)用M序列碼的不一致，相關(guān)增益緩慢地降低。尤其，M序列的最后的碼的碼周期的偏離最大。例如，在將40kHz的超聲波作為載波，將每個碼的波數(shù)設(shè)為3、7次M序列(127個碼)的情況下，若將聲波的速度設(shè)為340m/s，則對于相關(guān)的峰值而言，在發(fā)生了大約2. 7m/s的相對速度的情況下，一個碼周期的偏離發(fā)生在最后的碼中。在相對速度為大約2. 7m/s的情況下， 即使將碼周期看作τ ^，也認(rèn)為相關(guān)的峰值與沒有多普勒偏移的時一致。人的一般的速度為 1.6m/s,自主移動機器人用于在室內(nèi)環(huán)境工作的一般的速度為lm/s以下。因此，若考慮這些速度，則僅追加比較簡單的硬件或者軟件就能夠在無需測量多普勒偏移本身的情況下除去多普勒偏移的影響的本方法是非常有效的方法。由此，根據(jù)本發(fā)明，通過以與基于發(fā)送時的載頻的碼周期同步的間隔，對接收信號的正交檢波輸出進行處理，從而能夠抑制多普勒偏移的影響，通過將在解擴處理中使用的M 序列碼設(shè)為與在調(diào)制超聲波中使用的碼不同的碼，從而能夠獲得具有與沒有多普勒偏移時相同的S/N的解擴信號。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠補償多普勒偏移，能夠準(zhǔn)確地測定至對象物的距離或方位。另外，在上述實施方式中，在發(fā)送信號的編碼中使用了 M序列的偽隨機信號，但在本實施方式的超聲波測定裝置2中，也可以使用Barker序列、Golay序列等其他偽隨機信號。此時，由于Barker序列、Golay序列等其他偽隨機信號不具有相似性，所以在步驟S5中， 用于對接收信號的I’分量和Q’分量進行解擴處理的碼并不是使在發(fā)送中使用的Barker 序列、Golay序列等其他偽隨機信號的相位旋轉(zhuǎn)的碼。但是，也可以求出在發(fā)送中使用的 Barker序列、Golay序列等其他偽隨機信號和偏移了一個碼周期的M序列之積，并使該碼反轉(zhuǎn)，從而獲得在接收信號的I’分量和Q’分量的解擴處理中使用的碼。(實驗例)以下，說明通過本實施方式的超聲波測定裝置2進行了除去多普勒偏移的影響的實驗的結(jié)果。圖9(a)至(c)表示使用本實施方式的超聲波測定裝置2進行的多普勒偏移除去的實際時間波形的實驗結(jié)果的一例。實驗是以載頻40kHz、使用了 9次M序列(511個碼) 的情況下的實驗結(jié)果。具體地說，將發(fā)送器放置在線性移動臺上，賦予480mm/s的速度，并固定了接收器。作為發(fā)送波，使用了由9次M序列進行了編碼的2個周期量的超聲波。圖 9(a)表示接收波形60。接收側(cè)的采樣頻率設(shè)為160kHz，設(shè)定為發(fā)送時的載頻40kHz的4 倍。若觀察接收波形60，則可在振幅中看出緩慢的變動。這表示因為與發(fā)送側(cè)的載頻同步的接收器的采樣頻率和實際受到多普勒偏移的接收信號的載頻不一致，所以采樣時的相位旋轉(zhuǎn)。圖9(b)表示使用設(shè)定的相對速度480mm/s，校正(壓縮)解調(diào)用M序列而進行了多普勒補償時的解擴信號61。在9次M序列的情況下，若能夠完全校正多普勒偏移，則表示 40dB以上的S/N，但從實驗結(jié)果可知，不能得到相應(yīng)程度大的S/N比。這是因為設(shè)定的速度的誤差大。由此，為了良好地校正多普勒偏移，必須進行相對速度的高精度測量。圖9(c)表示本實施方式的使用超聲波測定方法進行了多普勒偏移除去的解擴信號62。與解擴信號61相比，S/N高，可知本發(fā)明的超聲波測定方法是有效的。圖10是調(diào)查了在使用了 7次M序列時實際能夠?qū)⒍嗥绽掌菩Ｕ绞裁闯潭鹊南鄬λ俣鹊膶嶒灲Y(jié)果。在圖10中，橫軸表示相對速度，縱軸表示解擴信號的峰值振幅值。在圖10中，虛線63表示沒有多普勒偏移的校正時的峰值振幅值相對速度變化。從圖10可以看出，即使相對速度為士 lm/s，也可以看到峰值振幅值的大幅降低。即，即使是小的相對速度，接收信號的S/N比也大幅降低。虛線64表示使用設(shè)定的速度信息進行了校正的結(jié)果。 在這個例子中，由于能夠比較良好地取得速度信息，所以在寬范圍中獲得良好的校正結(jié)果。實線65表示通過本實施方式的超聲波測定方法獲得的峰值振幅值的相對速度變化。在相對速度為士3m/s左右的范圍內(nèi)，獲得大的最大振幅值。峰值本身的變化是不遜色于沒有多普勒偏移的情況的結(jié)果。一般，人步行的移動速度為1.6m/s左右。為了不會對人帶來壓迫感，與人協(xié)調(diào)使用的自動型設(shè)備、自主移動機器人優(yōu)選比人的步行速度慢，例如優(yōu)選是0. 5m/s左右。在假設(shè)自主移動機器人以與人相同程度的速度移動的情況下，自主移動機器人與人或其他自主移動機器人錯過時所產(chǎn)生的相對速度是3. 2m/s左右。因此，如上述實驗結(jié)果所示，若在士3m/s左右的范圍內(nèi)獲得大的最大振幅值，則可以說本實施方式的超聲波測定方法和超聲波測定裝置具有充分的實用性。根據(jù)本實施方式，無需求出相對速度，就能夠檢測S/N高的超聲波，能夠通過不使用速度信息的非常簡單的方式獲得充分的效果。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的超聲波測定裝置和超聲波測定方法在超聲波測定裝置與物體之間或者發(fā)送器與接收器之間產(chǎn)生了相對速度的情況下，能夠在不使用速度信息的情況下補償多普勒偏移，能夠高精度地測定距離或方位。適合用于在自主移動機器人中搭載的測距儀或方位儀中。例如，適合用于在火車站或機場等室內(nèi)環(huán)境中的傳送用機器人等中。符號說明1 移動體2、101超聲波測定裝置3 物體4、7超聲波傳播路徑5 擴頻碼6載波信號(發(fā)送信號)8、12 發(fā)送器9、13 接收器14發(fā)送部15 運算部17接收部18 窗設(shè)定部19、24、28、48 乘法器20多普勒除去部21、81a、81b、81c、81d、81e 解擴部22距離方位計算部23 正交檢波部25低通濾波器26 矢量運算部0182]27,47 延遲部
0183]29,49 加法器
0184]30、60、70、80 接收波形
0185]31 I分量的包絡(luò)線
0186]32 Q分量的包絡(luò)線
0187]33 I 分量
0188]34 Q 分量
0189]35 I，分量的包絡(luò)線
0190]36 Q’分量的包絡(luò)線
0191]37 I，分量
0192]38 Q，分量
0193]40 原M序列
0194]41 偏移了 1比特的M序列
0195]42乘法運算之后的M序列(解調(diào)用M序列)
0196]45相關(guān)器
0197]46解調(diào)用M序列
0198]50振幅推測器
0199]51相位推測器
0200]52解調(diào)部
0201]61,62解擴振幅波形
0202]63、64、65解擴振幅最大值
0203]71、72、82a、82b、82c、82d、82e 解擴波形
0204]91、93、96 副載波
0205]92、94、97多普勒偏移補償用信號
0206]95 頻率偏差
0207]103相關(guān)器
0208]104峰值檢測器
0209]105脈沖產(chǎn)生器
1權(quán)利要求
1.一種超聲波測定方法，使用編碼擴頻超聲波信號來測量所述編碼擴頻超聲波信號的傳播距離和傳播方位中的至少一個，所述編碼擴頻超聲波信號具有規(guī)定的載頻，且使用具有與所述載頻同步的碼周期的碼進行了調(diào)制，其中，所述超聲波測定方法包括步驟A，至少使用兩個接收器來接收所述編碼擴頻超聲波信號，并至少生成兩個接收信號；步驟B，對所述至少兩個接收信號使用所述載頻分別進行正交檢波，生成每個接收信號的I分量和Q分量；步驟C，基于與所述載頻的周期同步的碼周期，對所述每個接收信號的I分量和Q分量進行相位差分處理，生成除去了多普勒偏移引起的相位變動的I’分量和Q’分量；步驟D，使用與所述碼不同的碼，基于與所述載頻同步的時間間隔，對所述每個接收信號的I’分量和Q’分量進行解擴處理，生成解擴后的I”分量和Q”分量；步驟E，根據(jù)所述每個接收信號的I”分量和Q”分量，計算所述每個接收信號的振幅信息和相位信息；以及步驟F，根據(jù)對所述每個接收信號計算出的振幅信息和相位信息，計算超聲波的傳播距離和傳播方位中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測定方法，其中， 向所述碼分配所述載頻的相位的0度和180度的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波測定方法，其中， 所述步驟C的相位差分處理滿足I' (t) = I(t)I(t-T0)+Q(t)Q(t-T0)Q' (t) = I(t)Q(t-T0)-Q(t)I(t-x0) 其中，τ C1為發(fā)送時的碼周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項所述的超聲波測定方法，其中， 所述碼為M序列的偽擴頻碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波測定方法，其中，所述步驟D中的與所述碼不同的碼是旋轉(zhuǎn)了所述碼的相位的M序列的偽擴頻碼。
6.一種超聲波測定裝置，使用編碼擴頻超聲波信號測量所述編碼擴頻超聲波信號的傳播距離和傳播方位中的至少一個，所述編碼擴頻超聲波信號具有規(guī)定的載頻，且使用具有與所述載頻同步的碼周期的碼進行了調(diào)制，其中，所述超聲波測定裝置包括接收部，其至少使用兩個接收器來接收所述編碼擴頻超聲波信號，并至少生成兩個接收信號；正交檢波部，其對所述至少兩個接收信號使用所述載頻分別進行正交檢波，生成每個接收信號的I分量和Q分量；矢量運算部，其基于與所述載頻的周期同步的碼周期，對所述每個接收信號的I分量和Q分量進行相位差分處理，生成除去了多普勒偏移引起的相位變動的I’分量和Q’分量； 解擴器，其使用與所述碼不同的碼，基于與所述載頻同步的時間間隔，對所述每個接收信號的I’分量和Q’分量進行解擴處理，生成解擴后的I”分量和Q”分量；解調(diào)部，其根據(jù)所述每個接收信號的I”分量和Q”分量，計算所述每個接收信號的振幅信息和相位信息；以及距離方位計算部，其根據(jù)對所述每個接收信號計算出的振幅和相位信息，計算超聲波的傳播距離和傳播方位中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波測定裝置，其中， 向所述碼分配所述載頻的相位的0度和180度的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的超聲波測定裝置，其中， 所述矢量運算部的處理滿足I' (t) = I(t)I(t-T0)+Q(t)Q(t-x0) Q' (t) = I(t)Q(t-T0)-Q(t)I(t-x0), 其中，τ C1為發(fā)送時的碼周期。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8的任一項所述的超聲波測定裝置，其中， 所述碼為M序列的偽擴頻碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲波測定裝置，其中， 與所述碼不同的碼為旋轉(zhuǎn)了所述碼的相位的M序列。
全文摘要
本發(fā)明的超聲波測定方法包括步驟A，至少使用兩個接收器來接收編碼擴頻超聲波信號，并至少生成兩個接收信號；步驟B，對至少兩個接收信號使用載頻分別進行正交檢波，生成每個接收信號的I分量和Q分量；步驟C，基于與載頻的周期同步的碼周期，對每個接收信號的I分量和Q分量進行相位差分處理，生成除去了多普勒偏移引起的相位變動的I’分量和Q’分量；步驟D，使用與碼不同的碼，基于與載頻同步的時間間隔，對每個接收信號的I’分量和Q’分量進行解擴處理，生成解擴后的I”分量和Q”分量；步驟E，根據(jù)每個接收信號的I”分量和Q”分量，計算每個接收信號的振幅信息和相位信息；以及步驟F，根據(jù)對每個接收信號計算出的振幅信息和相位信息，計算超聲波的傳播距離和傳播方位中的至少一個。
文檔編號G01S7/526GK102449500SQ20118000225
公開日2012年5月9日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者橋本雅彥, 王勇 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社