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固定阈值在超声波测距车载中的应用

发布时间:2020-07-01 02:26:58 阅读: 来源:气瓶厂家

引言在超声波测距车载应用中,例如:超声波泊车辅助 (UPA) 和盲点探测 (BSD) 等,系统发射的超声波被周围物体反射回来。系统接收反射波(回波),然后将物体的回波振幅与某个阈值比较,从而实现探测物体的目的。物体越靠近系统,其回波也越强。因此,阈值随时间而变化,是一种相对常见的情况。本文将向您论述,该阈值无需变化,可以保持固定不变。超声波测距小轿车中使用的高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 便是一种超声波测距应用。安装在车载前后保险杠和后视镜上的超声波传感器发射出超声波,然后接收周围物体反射回来的超声波。超声波的传播时间(飞行时间)用于计算到物体的距离,从而帮助驾驶员泊车:寻找泊车点,或者探测驾驶员盲点区域内的物体。车载前后保险杠安装的传感器达到 4 个之多,另外,每个后视镜上还各装有一个传感器。在超声波高级驾驶员辅助系统中,压电式传感器一般用于将电信号转换为超声波,然后再把反射回来的超声波转换为电信号。接受反射回波时,压电式超声波传感器的低接收机灵敏度通常会导致电信号非常微弱。超声波接收机接收到的回波信号s(t)被噪声破坏。图 1 所示输入相关噪声η(t)为外部环境噪声和所有信号链组成部分的和,其与时间(t)相关。被破坏的信号 u(t) 经由放大器使用增益 K 放大,然后通过一个模数转换器 (ADC) 被数字化。数字化的 AM 信号经过一个带通滤波器 (BPF) 按线路传输。该滤波器主要用于改善信号的信噪比。把经滤波后的信号 y(t) 与阈值 L 比较,以探测某个物体的存在。BPF 的后面一般会有一个振幅解调器,其将信号转换为基带,以进行比较。但是,本文为了方便说明,我们忽略了这种解调器。因此,探测物体的关键是阈值 (L) 的选择。那么,我们如何选择 L 呢?回波振幅发射器产生的超声波为一系列载波频率下的正弦波脉冲,并以声压级 (SPL) 来描述。SPL 的计算方法如下:其中,Prms 为 RMS 声压,而 pref 为基准声压。常用基准声压为 20 Pa,即 0.0002 bar.传感器对某个物体产生的超声波 SPL,取决于物体到传感器的距离。特别需要请注意的是,声压同距离成反比例关系:其中,p 为声波压力,而 d 为物体到传感器的距离。超声波传感器规范说明了30cm 距离的 SPL.由该值,利用这一距离定律,我们便可以计算出任意距离 x的 SPL:其中,x 为传感器和物体之间的距离,并且 x > 30 cm.因此,x 距离的 SPL 为:也就是说,超声波从传感器传播到物体过程中,会损失声压。声波从物体反射回来,返回到传感器,声压进一步损失。另外,由于空气和物体都会吸收一部分声压,所接收回波的 SPL 可以通过方程式 3 进行近似计算。具体方程式请见本页末尾处,方程式中 α 为空气吸收系数。请注意,空气吸收的 SPL 与声波在空气中传播的距离与正比。换句话说,SPL 损失与 x 成正比。我们使用因数 2,是因为声波在传感器和物体之间传播两次-一次从传感器到物体,一次从物体到传感器。根据方程式 1,传感器接收的回波脉冲的声压计算方法如下:超声波接收机将接收到的声波转换为电信号。转换过程受到接收机灵敏度 (dB)的影响。1 Pa 声压产生 10 V 时,接收机灵敏度为 0 dB.因此,利用方程式 5和 6,可以把以 dB 表示的接收机灵敏度转换为 V/Pa.

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