[发明专利]一种基于可听声频的人耳超声波多障碍物探测距离感知方法

说明书

技术领域

该技术应用于超声波探测领域，如超声波测距、超声波导盲、超声波倒车雷达等设备。

背景技术

盲人无法采用视觉感知障碍物，需要借助导盲设备。超声波导盲手杖、导盲手电等超声波导盲仪器将为盲人出行起到重要作用。倒车雷达是另一种重要的超声波探测仪器，同样通过超声波感知障碍物的距离。在导盲手杖和倒车雷达等产品中，一般采用超声波进行物体探测。超声波遇到物体后反射回波，超声波的传感器接收到物体回声，测出回声的距离。由于超声波空气中传输速度较快，达到每秒钟340m，传感器一般发射毫秒量级的窄脉冲进行障碍物的探测。处于几米内的物体反射的回声在毫秒量级的时间内回到接收器，这种时间间隔非常短暂，以至于人的耳朵无法分辨出回声以及多个回声的距离。目前的导盲产品，均采用高速计数器，对毫秒量级的时间进行精确测量，之后对距离采用语音提示。而倒车雷达中的测量原理相同，采用一定重复频率的声音来表示物体距离的远近，距离越远声音重频越低，距离越近，声音重频越高。在实际使用中，导盲产品和倒车雷达将面临多个障碍物的情况，目前的系统都报出多个物体的距离困难，只能给出最近的物体信息。而且在导盲产品中采用语音提示，多个障碍物报出距离的速度降低，而且造成众多的混乱。

发明内容

本发明原理：由于声波的脉冲宽度都在毫秒量级，且是超声波，人耳无法分辨。在回声转化的过程中，在时间轴选择了按比例拉伸的方法(见图1)，在频率轴采用了降频表示的方法，将其不可听的超声波窄脉冲转化为人耳可听频率的几百毫秒长度的脉冲。从时间上看，将超声测距的几十毫秒量级的探测时间转化为秒量级的探测时间，便于人体感知。采用将检测距离段进行量化分段的方法，每段距离对应一个脉冲音频信号，采用脉冲标识该距离段存在一个回声。回声的幅度通过提取器包络的均值完成计算，变换后的脉冲单音频声音的大小与回声的强度成正比，从而标识回声的声强。将该种变换的原理详细分析如下：

1.回声测距的时延测量原理

超声波探测设备发射信号为s(t)，t为时间变量。第i个接收的障碍物物体回声为

x(t)＝s(t-τ_i)(1)

式中为τ_i为第i个障碍物回波的时延。x(t)为复信号，可表示为

x_I(t)+j·x_Q(t)(2)

式中，x_I(t)为信号的同相分量，x_Q(t)为正交分量，信号的包络采用下式求解

A(t)=xI2(t)+xQ2(t)---(3)]]>

第i个障碍物的距离为

Ri=cτi2---(4)]]>

式中c为声速。可见只要测得回声的时间延迟，即可获得物体的距离。

2.回声的过门限监测

当信号的包络满足

A(t)＞η(5)

η为某一常数，为检测的门限。则判断存在脉冲回声，否则不存在脉冲回声。

3.观测距离与扩展脉冲的对应方法