[發明專利]一種基于可聽聲頻的人耳超聲波多障礙物探測距離感知方法

在審

• 申請號: 201410566072.2
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN105560021A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 王峰
• 申請（專利權）人: 王峰
• 主分類號: A61H3/06
• 分類號: A61H3/06;G01S15/08;G01S15/93
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

該技術應用于超聲波探測領域，如超聲波測距、超聲波導盲、超聲波倒車雷達等設備。

背景技術

盲人無法采用視覺感知障礙物，需要借助導盲設備。超聲波導盲手杖、導盲手電等超聲波導盲儀器將為盲人出行起到重要作用。倒車雷達是另一種重要的超聲波探測儀器，同樣通過超聲波感知障礙物的距離。在導盲手杖和倒車雷達等產品中，一般采用超聲波進行物體探測。超聲波遇到物體后反射回波，超聲波的傳感器接收到物體回聲，測出回聲的距離。由于超聲波空氣中傳輸速度較快，達到每秒鐘340m，傳感器一般發射毫秒量級的窄脈沖進行障礙物的探測。處于幾米內的物體反射的回聲在毫秒量級的時間內回到接收器，這種時間間隔非常短暫，以至于人的耳朵無法分辨出回聲以及多個回聲的距離。目前的導盲產品，均采用高速計數器，對毫秒量級的時間進行精確測量，之后對距離采用語音提示。而倒車雷達中的測量原理相同，采用一定重復頻率的聲音來表示物體距離的遠近，距離越遠聲音重頻越低，距離越近，聲音重頻越高。在實際使用中，導盲產品和倒車雷達將面臨多個障礙物的情況，目前的系統都報出多個物體的距離困難，只能給出最近的物體信息。而且在導盲產品中采用語音提示，多個障礙物報出距離的速度降低，而且造成眾多的混亂。

發明內容

本發明原理：由于聲波的脈沖寬度都在毫秒量級，且是超聲波，人耳無法分辨。在回聲轉化的過程中，在時間軸選擇了按比例拉伸的方法(見圖1)，在頻率軸采用了降頻表示的方法，將其不可聽的超聲波窄脈沖轉化為人耳可聽頻率的幾百毫秒長度的脈沖。從時間上看，將超聲測距的幾十毫秒量級的探測時間轉化為秒量級的探測時間，便于人體感知。采用將檢測距離段進行量化分段的方法，每段距離對應一個脈沖音頻信號，采用脈沖標識該距離段存在一個回聲。回聲的幅度通過提取器包絡的均值完成計算，變換后的脈沖單音頻聲音的大小與回聲的強度成正比，從而標識回聲的聲強。將該種變換的原理詳細分析如下：

1.回聲測距的時延測量原理

超聲波探測設備發射信號為s(t)，t為時間變量。第i個接收的障礙物物體回聲為

x(t)＝s(t-τ_i)(1)

式中為τ_i為第i個障礙物回波的時延。x(t)為復信號，可表示為

x_I(t)+j·x_Q(t)(2)

式中，x_I(t)為信號的同相分量，x_Q(t)為正交分量，信號的包絡采用下式求解

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

第i個障礙物的距離為

Ri=cτi2---(4)]]>

式中c為聲速。可見只要測得回聲的時間延遲，即可獲得物體的距離。

2.回聲的過門限監測

當信號的包絡滿足

A(t)＞η(5)

η為某一常數，為檢測的門限。則判斷存在脈沖回聲，否則不存在脈沖回聲。

3.觀測距離與擴展脈沖的對應方法