專利名稱：用于動(dòng)態(tài)測(cè)定噪聲電平的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的、使閾值與一用于借助 回波方法的距離測(cè)量的傳感器的信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)地適配的方法。本發(fā)明還涉 及一種傳感器，特別是一種超聲波傳感器，其作為用于應(yīng)用該方法的駕駛 員輔助系統(tǒng)的一部分。
背景技術(shù)：
這種尤其是基于超聲波的、用于檢測(cè)環(huán)境的駕駛員輔助系統(tǒng)為了進(jìn)行 距離測(cè)量公知地使用一種脈沖-回波方法，在該方法中，由發(fā)送時(shí)刻和接收 時(shí)刻之間的信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器和引起回波的物體之間的距離。這 種測(cè)量得到作為用于泊車(chē)支持、總角度識(shí)別、狹窄街道中的汽車(chē)輪胎保護(hù)、 有威脅碰撞的識(shí)別和/或縱向調(diào)節(jié)的系統(tǒng)中的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。
DE 19645339Al公開(kāi)了一種用于距離測(cè)量的方法，在該方法中，在傳 感器中通過(guò)一些閾值釆樣點(diǎn)定義一個(gè)靜態(tài)的閾值特征曲線。在測(cè)量時(shí)，借 助于一個(gè)比較器，將所接收信號(hào)的振幅與相應(yīng)的閾值進(jìn)行比較。只有當(dāng)該 振幅超過(guò)該閾值時(shí)，傳感器才向分析處理單元報(bào)告該接收信號(hào)。
通過(guò)預(yù)給定閾值可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性。通過(guò)預(yù)給定高的閾值，系統(tǒng)可 以被調(diào)節(jié)為識(shí)別或者抑制千擾源。但高的閾值伴隨著系統(tǒng)低的靈敏度和小 的有效距離。另一方面，通過(guò)預(yù)給定低的、盡可能接近噪聲臨界值的閾值， 可以保證傳感器高的靈敏度和盡可能大的有效距離。即使在測(cè)量周期的末 尾還可以測(cè)量到反射的回波，也得到大的有效距離。因?yàn)檎穹c信號(hào)傳播 時(shí)間成反比，所以反射的回波的振幅在測(cè)量周期的末尾特別小。但是在使 用低閾值的情況下，干擾源不被抑制。
為了能夠?qū)⑦@種系統(tǒng)用于盡可能遠(yuǎn)的距離，信號(hào)噪聲的知識(shí)是基本的， 因?yàn)榻柚谒鲋R(shí)可以預(yù)給出盡可能適配的閾值特征曲線。在此，對(duì)于 確定噪聲電平，需要區(qū)分有用信號(hào)、即反射的回波與噪聲。為了描述該噪 聲的特性，公知的方法通過(guò)解調(diào)該信號(hào)確定包絡(luò)并且將由此推導(dǎo)出的參數(shù)用于后續(xù)的處理步驟。這種工作方式伴隨著增大的復(fù)雜性和相應(yīng)的成本。
也必須注意到，傳感器所工作的動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)噪聲電平的高度產(chǎn)生影響。 反射的回波的振幅公知地尤其取決于空氣溫度和潮濕度。在更高速度時(shí)， 傳感器例如在雨天也被水沫、霧、滾動(dòng)噪聲和氣流干擾。所述干擾產(chǎn)生并 不存在的、但被傳感器感知的"幽靈物體"，其被識(shí)別為物體并且導(dǎo)致系統(tǒng) 的錯(cuò)誤行為。為了減弱這種干擾，必須進(jìn)行閾值對(duì)相應(yīng)的噪聲環(huán)境的適配。
DE 10 2004 006 015 Al中描述了一種用于確定和調(diào)節(jié)適應(yīng)性的閾值的 方法，其中，在脈沖循環(huán)間隔的末尾提取干擾電平樣本并由此確定閾值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種用于動(dòng)態(tài)地適配閾值特征曲線的方法， 該方法可以以低的結(jié)構(gòu)性耗費(fèi)和低的成本來(lái)使用，并且借助于該方法實(shí)現(xiàn) 了高動(dòng)態(tài)時(shí)的高靈敏度并且由此實(shí)現(xiàn)了盡可能大的有效距離。
通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的方法和具有權(quán)利要求IO所述特征的超 聲波傳感器特征解決了所述任務(wù)。在各從屬權(quán)利要求中給出了有利的實(shí)施 方式。
根據(jù)本發(fā)明的方法的基本思想在于首先，在一個(gè)測(cè) 量周期內(nèi)，即在 發(fā)送信號(hào)和接收回波之間的時(shí)間段內(nèi)，定義一個(gè)時(shí)間間隔，隨后也稱為"噪 聲間隔"，在該時(shí)間間隔內(nèi)盡可能地保證，不接收由大塊物體導(dǎo)致的回波。 在所述時(shí)間間隔內(nèi)，通過(guò)"掃描"噪聲電平，即通過(guò)連續(xù)地改變閾值并且 比較當(dāng)前的閾值和當(dāng)前輸入噪聲電平，記下一個(gè)以一定方式跟隨該噪聲電 平的時(shí)間上的變化的闞值序列。由至少部分地被記錄的測(cè)量來(lái)確定一個(gè)閾 值特征曲線，該閾值特征曲線可以作為當(dāng)前測(cè)量周期內(nèi)的和/或作為之后測(cè) 量周期的測(cè)量的基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在時(shí)間間隔內(nèi)以已定義的步長(zhǎng)改變閾值并且在此監(jiān) 測(cè)輸入噪聲信號(hào)與當(dāng)前的閾值的大小關(guān)系來(lái)進(jìn)行掃描。在此，為了逼近噪 聲電平，只要輸入噪聲信號(hào)低于當(dāng)前的閾值，則減低該閾值。另一方面， 只要輸入噪聲信號(hào)高于當(dāng)前的閾值，則"緊隨"該噪聲電平提高該閾值。 在所述時(shí)間間隔內(nèi)，記錄所述閾值等級(jí)中的至少一些。由所記錄的閾值隨 后可以求得一個(gè)閾值曲線。
有利的是，用于比較器的閾值連續(xù)地以鋸齒形或者以相應(yīng)已定義高度的等長(zhǎng)的階梯形被降低或者被升高。
因?yàn)檫@樣求得的閾值特征曲線接近于實(shí)際的噪聲電平，所以該閾值特 征曲線至少可以在當(dāng)前測(cè)量周期內(nèi)，但也可以用于之后的測(cè)量周期作為借 助回波方法的距離測(cè)量的基礎(chǔ)。作為根據(jù)本發(fā)明的操作方法的結(jié)果，得到 一個(gè)閾值特征曲線，該閾值特征曲線在理想情況下位于噪聲背景的"連續(xù)" 部分之上并且位于短時(shí)間的高頻尖峰之下。在之后的信號(hào)分析處理中，該 高頻尖峰借助于濾波電子裝置被濾除。
有利的是，在一個(gè)噪聲間隔內(nèi)對(duì)噪聲電平進(jìn)行掃描，該噪聲間隔位于 測(cè)量周期內(nèi)的開(kāi)始和/或末尾。這樣可以保證，不出現(xiàn)例如由位于傳感器附 近的懸掛聯(lián)接裝置造成的干擾性回波。然而如果出現(xiàn)干擾性回波，這樣的 回波因?yàn)楦叩恼穹梢员磺宄刈R(shí)別。例如提出，該噪聲間隔被設(shè)置在發(fā)
送觸發(fā)之后的1.5毫秒和3.5毫秒之間的時(shí)間段內(nèi)。當(dāng)該噪聲間隔位于測(cè)量 周期的末尾時(shí)，由此求得的閾值特征曲線才可以被用于下一個(gè)測(cè)量周期。
特別有利的是，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法利用以前位于傳感器中的元件， 特別是比較器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路(單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)時(shí)，降低了成本。借助 于這些傳感器，可以在每一個(gè)測(cè)量周期中同時(shí)完成根據(jù)本發(fā)明的噪聲測(cè)量 和對(duì)物體的距離測(cè)量。所述根據(jù)本發(fā)明的方法因此特別有利，因?yàn)樗梢?僅借助于通常所使用的傳感器的組件來(lái)實(shí)施。
有利的是，也使用一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，尤其是傳感器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器來(lái)用于測(cè)量，以便標(biāo)記上升的或者下降的閾值的狀態(tài)。當(dāng)變化的閾值的 方向改變時(shí)，該雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的信號(hào)輸出被改變。上升的序列——這意 味著輸入噪聲信號(hào)超過(guò)當(dāng)前的閾值——例如可伴隨著單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的 置高。有利的是，當(dāng)該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有所述狀態(tài)之一時(shí)，才記錄閾值的 該序列。尤其是在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出被置高時(shí)，僅記錄上升的閾值。通過(guò) 這種"選擇的"方式可以保證，僅記錄對(duì)分析處理有意義的閾值。此外， 供使用的存儲(chǔ)器區(qū)域相對(duì)較少，使得待存儲(chǔ)閾值的減少因?yàn)檫@個(gè)原因也是 有利的。
當(dāng)比較器記錄到閾值超過(guò)噪聲信號(hào)時(shí)，這些閾值被存儲(chǔ)。在噪聲間隔 上的測(cè)量之后，由所存儲(chǔ)的值例如通過(guò)求平均求得閾值特征曲線。這樣的 測(cè)量可以在一個(gè)測(cè)量間隔內(nèi)進(jìn)行，其中，所求得的閾值特征曲線然后被用于多個(gè)其它的測(cè)量間隔。但有利的是，對(duì)每個(gè)測(cè)量間隔單獨(dú)地進(jìn)行這樣的 測(cè)量。
與之前的方法相比，根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是不必使用復(fù)雜的形 式，特別是不必通過(guò)解調(diào)求得包絡(luò)。由此可以節(jié)省耗費(fèi)和顯著地減低傳感 器中的復(fù)雜性。此外有利的是，可以實(shí)現(xiàn)閾值的變換并因此可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 地與相應(yīng)的傳感器測(cè)量直接相關(guān)的并且自動(dòng)由傳感器完成的靈敏度調(diào)節(jié)。 通過(guò)閾值的適配和干沐的濾波，有用信號(hào)可以可靠地對(duì)應(yīng)重要相關(guān)的物體， 使得系統(tǒng)的可靠性可以被顯著地提高。
已計(jì)算的噪聲電平可以在每個(gè)測(cè)量周期之后被傳輸至分析處理單元。 該已計(jì)算的噪聲電平可以在過(guò)渡振蕩過(guò)程中或者在每個(gè)測(cè)量間隔之后和下 一個(gè)發(fā)送間隔之前作為位序列被發(fā)送。5位的位序列已經(jīng)能夠編碼31個(gè)電
平高度和1個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)。


在附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的方法，下面在說(shuō)明進(jìn)一步細(xì)節(jié)的情況下
對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖示出 圖1: 一個(gè)完整的測(cè)量周期， 圖2:在該測(cè)量周期內(nèi)的一個(gè)噪聲間隔， 圖3:在該噪聲間隔內(nèi)的噪聲電平的掃描，以及 圖4:在掃描過(guò)程中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
公知的回波信號(hào)探測(cè)器具有兩個(gè)比較器，借助于它們的閾值可以調(diào)節(jié) 用于所接收的信號(hào)振幅的分析處理窗口。在當(dāng)前情況下，所述比較器的閾 值與所接收信號(hào)的零位對(duì)稱，因此借助于一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器不斷地改變?cè)摲?析處理窗口。在此，該窗口比較器的功能是， 一旦輸入信號(hào)超過(guò)該窗口的 邊緣，則輸出一個(gè)信號(hào)。為了得到與超聲波載波信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)無(wú)關(guān)的輸出 信號(hào)，每個(gè)單獨(dú)的信號(hào)被延長(zhǎng)待處理的最小頻率的至少半個(gè)周期。在此，
這通過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)間約為17微秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖1中示出了一個(gè)測(cè)量周期l，該測(cè)量周期從一個(gè)第一發(fā)送脈沖2直到
7的時(shí)間，在此繪出以伏特為單位的所 接收信號(hào)的電壓變化。所示系統(tǒng)具有約30毫秒的測(cè)量周期?？梢郧宄刈R(shí) 別出對(duì)應(yīng)于待探測(cè)物體的回波5之前的地面回波4。在此有該測(cè)量周期l 越長(zhǎng)，越遠(yuǎn)范圍的物體可被測(cè)定方位，因?yàn)樵谙乱粋€(gè)信號(hào)脈沖之前直到接 收到回波留有足夠的時(shí)間?？梢钥闯龅氖?，這個(gè)信號(hào)特性在第二發(fā)送脈沖3 之后重復(fù)出現(xiàn)。
為了借助所述測(cè)量獲得盡可能大的有效距離，因?yàn)榘l(fā)送脈沖的信號(hào)強(qiáng) 度和回波的信號(hào)強(qiáng)度隨著距離的增大而減小，所以對(duì)于所述比較器的閾值 必須盡可能地接近噪聲臨界值("噪聲電平")。 一方面必須盡可能好地，另 一方面必須有效地，即在不截?cái)嘈盘?hào)部分的情況下減弱該噪聲。超過(guò)閾值 曲線的高頻的噪聲尖峰可以通過(guò)后面連接的電子電路濾除。在此，在傳感 器中所測(cè)量的信號(hào)電平被理解為噪聲電平，在該電平上沒(méi)有調(diào)制"實(shí)際的"、 由發(fā)送脈沖產(chǎn)生的回波。在這個(gè)意義上，它們不是"實(shí)際的"回波，而是 例如通過(guò)降雨或者類似物產(chǎn)生并且具有小振幅的相應(yīng)的"噪聲"特性。圖2 示出了噪聲電平的一個(gè)例子。
該噪聲電平優(yōu)選地在1.5毫秒和3.5毫秒之間的噪聲間隔內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)比
較器閾值來(lái)確定，該比較器閾值形成一個(gè)傳感器特征曲線。這樣圖1在測(cè) 量周期1的開(kāi)始也示出了一個(gè)約4毫秒的時(shí)間間隔6，該時(shí)間間隔用作噪聲 間隔6。在圖2中，借助于相應(yīng)展開(kāi)的坐標(biāo)軸繪出了噪聲間隔6的放大表示 圖。在低于50mV的較小振幅處可以識(shí)別出高頻特性。在無(wú)回波的噪聲樣 本6中，在傳感器膜片的過(guò)渡振蕩之后和地面回波到達(dá)之前可以對(duì)該噪聲 電平進(jìn)行掃描。在這個(gè)區(qū)域中，反射的回波根據(jù)本發(fā)明具有大于200mV的 高振幅并且由此將被容易地識(shí)別為有用信號(hào)。較小的振幅對(duì)應(yīng)于噪聲。為 了對(duì)第一次測(cè)量進(jìn)行確認(rèn)，還可以附加地在該測(cè)量周期1過(guò)程中截取一個(gè) 另外的噪聲間隔，這時(shí)，后面的區(qū)域供使用。
通過(guò)以下借助于圖3和圖4解釋的步驟求得該噪聲電平和因此而獲得 的閾值特征曲線
首先，比較器中的閾值以在這種情況下為100mV的輸入值7幵始，隨 后該閾值逐級(jí)地逐漸下降。所述階梯狀的當(dāng)前的閾值13被保持20pS并且 因此保持長(zhǎng)于比較器輸出的最短持續(xù)時(shí)間并且因此保持最小的峰值寬度。當(dāng)閾值13的當(dāng)前已調(diào)節(jié)好的等級(jí)沒(méi)有被噪聲電平的峰值超過(guò)時(shí)，則該等級(jí) 被繼續(xù)降低，其中，在本例中每步分別下降8mV。以這樣的方式，閾值逐 級(jí)地接近噪聲電平9。 一旦該閾值13低于噪聲電平9的振幅信號(hào)，在此在 點(diǎn)8約0.075V處，這被記錄在比較器中并且單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被置高。接通(邏 輯l)通過(guò)圖4中的矩形10標(biāo)示出。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被置高時(shí)，各個(gè)閾值 13被存儲(chǔ)在寄存器中。
檢測(cè)該比較器輸出一個(gè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。由此確定一個(gè)最小持續(xù)時(shí)間， 在該最小持續(xù)時(shí)間內(nèi)噪聲振幅超過(guò)已調(diào)節(jié)好的閾值13。如果這個(gè)持續(xù)時(shí)間 超出一預(yù)給定的、例如20^is的時(shí)間段，則閾值13不再下降而是逐步上升。 該閾值13的逐步上升一直進(jìn)行，直到該閾值再次大于當(dāng)前的噪聲。然后， 比較器或者單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器回到邏輯O的靜止位置。發(fā)生過(guò)渡時(shí)的閾值13同 樣被存儲(chǔ)在寄存器中。監(jiān)測(cè)在其間沒(méi)有比較器信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。如果在這 個(gè)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有信號(hào)出現(xiàn)，那么閾值電壓重新逐步下降并且該循環(huán)重新開(kāi)始。 在以這樣的方式掃描了所述噪聲間隔之后，所有被超過(guò)的閾值和時(shí)間長(zhǎng)度 被存儲(chǔ)在寄存器中。借助于這些值，噪聲電平可以被確定為例如中間值、 均值或者第二大的被存儲(chǔ)的值。 一個(gè)這樣被平均的噪聲電平11在圖4中以 虛線示出。然后，借助所述噪聲電平11可以確定閾值特征曲線12 (圖3 和圖4)。該閾值特征曲線可以由所求得的噪聲電平11加上偏移值得出。
權(quán)利要求
1、用于使閾值(12)與一傳感器的信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)地適配的方法，該傳感器用于借助回波方法、特別是借助超聲波方法來(lái)測(cè)量距離，其中，一發(fā)送信號(hào)(2)由被輻射到的物體以一回波信號(hào)(5)的形式發(fā)送回該傳感器，其中，該發(fā)送信號(hào)的發(fā)送和該回波信號(hào)的接收之間的時(shí)間間距被測(cè)量，其特征在于在該發(fā)送信號(hào)的衰減的時(shí)刻和該第一回波信號(hào)(5)到達(dá)的時(shí)刻之間定義一用于一噪聲樣本的時(shí)間間隔(6)，在該時(shí)間間隔(6)內(nèi)逐步地改變一閾值(13)，其中，監(jiān)測(cè)該輸入噪聲信號(hào)與當(dāng)前的閾值(13)的關(guān)系，其中，只要該輸入噪聲信號(hào)低于該當(dāng)前的閾值，則使該當(dāng)前的閾值(13)下降，并且其中，只要該輸入噪聲信號(hào)高于該當(dāng)前的閾值(13)，則使該當(dāng)前的閾值(13)上升，其中，記錄該時(shí)間間隔(6)內(nèi)的當(dāng)前的閾值(13)，并且其中，由這些記錄的閾值(13)求得一閾值特征曲線(12)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)所述變化的閾值(13) 的方向改變時(shí)，改變一雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的、特別是一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的信號(hào) 輸出，其中，僅在該觸發(fā)電路的一個(gè)狀態(tài)內(nèi)的閾值(13)被記錄。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當(dāng)所述輸入噪聲信號(hào)超 過(guò)所述當(dāng)前的閾值(13)時(shí)，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的信號(hào)輸出被置高。
4、 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于將所述當(dāng)前 的閾值(13)連續(xù)地以鋸齒形或者以具有分別已定義的高度的、等長(zhǎng)的階 梯形降低或者升高。
5、 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述噪聲間 隔(6)設(shè)置在發(fā)送觸發(fā)(2)之后的lms至5ms之間的、特別是1.5ms至 3.5ms之間的一時(shí)間段中。
6、 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在每個(gè)測(cè)量 周期中求出一閾值特征曲線(12)。
7、 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述被超過(guò) 的當(dāng)前的閾值(13)和該超過(guò)的時(shí)間長(zhǎng)度被存儲(chǔ)在一寄存器中。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于借助被存儲(chǔ)在所述寄存 器中的被超過(guò)的當(dāng)前的閾值(13)和所述超過(guò)的時(shí)間長(zhǎng)度，確定所述噪聲 電平(ll),例如該噪聲電平作為中間值、平均值或者第二大的被存儲(chǔ)的值
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于借助所述噪聲電平(11)確定所述閾值特征曲線(12)，其中，所述閾值特征曲線特別是由所求得的 噪聲電平(11)加上一偏移值得出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于動(dòng)態(tài)測(cè)定噪聲電平的方法，在該方法中，使閾值12與一傳感器的信號(hào)輸出動(dòng)態(tài)地適配，用于借助回波方法，特別是借助超聲波方法進(jìn)行距離測(cè)量，其中，一發(fā)送信號(hào)2被輻射到的物體以回波信號(hào)5的形式發(fā)送回該傳感器，其中，發(fā)送該發(fā)送信號(hào)和接收該回波信號(hào)之間的時(shí)間間距被測(cè)量，其中，在該噪聲信號(hào)的衰減的時(shí)刻和該第一回波信號(hào)5到達(dá)的時(shí)刻之間定義一噪聲樣本的時(shí)間間隔6，在該時(shí)間間隔6內(nèi)一閾值13被逐步地改變，其中，通過(guò)與當(dāng)前的閾值13的比較來(lái)監(jiān)測(cè)該輸入噪聲信號(hào)，其中，只要該輸入噪聲信號(hào)低于該當(dāng)前的閾值，則該當(dāng)前的閾值13下降，并且其中，只要該輸入噪聲信號(hào)高于該當(dāng)前的閾值13，則該當(dāng)前的閾值13上升，其中，該時(shí)間間隔6內(nèi)的當(dāng)前的閾值13被記錄，并且其中，由所記錄的閾值13求得一閾值特征曲線12。
文檔編號(hào)G01S15/08GK101625411SQ20091015874
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者K-H·里希特, M·弗蘭克, W-C·李 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司