CN111610530B - 具有基于边缘的回波检测的超声波传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明题为“具有基于边缘的回波检测的超声波传感器”。传感器可采用恒定虚警率(CFAR)筛选方法与基于边缘的回波检测结合。在一个例示性实施方案中，传感器控制器包括：发射器、接收器和耦接至该发射器和该接收器的处理电路。发射器驱动压电元件以生成声脉冲串。接收器感测该压电元件对每个声脉冲串的回波的响应。处理电路能够操作以通过以下步骤将回波检测处理应用于该响应：确定来自该响应的导数信号；以及至少部分地基于导数信号中指示响应中的上升和/或下降边缘的峰值来检测回波。对电子控制单元进行信号处理可指定与每个边缘相关联的飞行时间。
Description
技术领域
本公开整体涉及传感器、传感器控制器和传感器控制方法，并且更具体地讲，涉及采用恒定虚警率(CFAR)筛选方法与基于边缘的回波检测相结合的传感器。
背景技术
现代汽车装配有大量种类繁多的传感器。例如，汽车现在通常配备有超声波传感器的阵列，以监测汽车与附近任何人员、宠物、车辆或障碍物之间的距离。由于环境“噪声”和安全问题，可要求传感器中的每个在汽车运动时每秒提供数十次测量。即使在以复杂方式改变的环境中，可靠地执行此类传感器阵列也很重要。明显的小差异(诸如，存在或不存在路边，或甚至铺筑表面和砾石表面之间的差异)可显著改变杆、柱或其他细小障碍物的特征反射。识别环境并响应性地定制检测过程的先前尝试已被证明在计算上是禁止和/或不充分的。
发明内容
因此，本发明公开了采用恒定虚警率(CFAR)筛选方法与基于边缘的回波检测相结合的各种传感器、传感器控制器和传感器控制方法。
根据本申请的一个方面，提供了用于压电换能器的控制器，该控制器的特征在于包括：发射器，该发射器用以驱动压电元件以生成声脉冲串；接收器，该接收器用于感测压电元件对每个声脉冲串的回波的响应；以及处理电路，该处理电路耦接至发射器和述接收器，该处理电路能够操作以将回波检测处理应用于所述响应，所述处理包括：从响应确定导数信号；以及至少部分地基于导数信号中指示响应中的下降边缘的峰值来检测回波。
在一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，所述检测回波还基于：将响应与自适应阈值进行比较以产生比较器信号；以及检测比较器信号中的边缘。
在另一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，所述处理还包括使用恒定虚警率(CFAR)方法从响应信号导出自适应阈值。
在另一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，导数信号由以下确定：在响应信号和延迟的响应信号之间形成差分信号；取所述差分信号的绝对值；以及将局部滤波器施加到差分信号的绝对值。
在另一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，导数信号还由以下确定：将背景滤波器施加到差分信号的绝对值；以及获取来自局部滤波器的输出与背景滤波器的输出的比率。
在另一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，所述处理还包括以下中的至少一项：在I/O线上生成脉冲以对回波的飞行时间进行信号处理；以及生成数据帧，该数据帧针对响应于声脉冲串而检测到的每个回波包括回波的下降边缘的飞行时间。
根据本申请的另一方面，提供了一种操作基于压电的传感器的方法，该方法的特征在于包括：驱动压电换能器以在致动间隔期间生成声能的脉冲串；在致动间隔之后的测量间隔期间，获取压电换能器的响应；以及处理该响应以感测脉冲串的回波，所述处理包括：从响应确定导数信号；以及至少部分地基于导数信号中指示响应中的边缘的峰值来检测回波。
在一个实施方案中，操作基于压电的传感器的方法的特征在于，所述检测回波还基于：将响应与恒定虚警率(CFAR)阈值进行比较，以产生比较器信号；以及检测比较器信号中的边缘。
在另一个实施方案中，操作基于压电的传感器的方法的特征还在于包括：对电子控制单元进行信号处理以指示与每个回波相关联的飞行时间，该飞行时间对应于导数中的下降边缘的峰值。
在另一个实施方案中，操作基于压电的传感器的方法的特征还在于包括：对电子控制单元进行信号处理以指示与每个回波相关联的两个飞行时间，其中第一飞行时间对应于上升边缘的峰值并且第二飞行时间对应于下降边缘的峰值。
附图说明
图1为装配有停车辅助传感器的示例性车辆的俯视图。
图2为示例性停车辅助系统的框图。
图3为示例性停车辅助传感器的电路示意图。
图4A为关于不同现有接口标准的控制器输入和输出信号的曲线图。
图4B为用于增强的基于边缘的回波检测方法的例示性信号的曲线图。
图5为例示性CFAR具体实施。
图6A和图6B为例示性的基于边缘的回波检测方法的框图。
图7为用于例示性的时间校正查找表的曲线图。
具体实施方式
本申请要求提交于2019年2月22日的美国非临时专利申请No.62/808,947的优先权，该申请据此全文以引用方式并入本文。
应当理解，附图和以下描述并不限制本公开，而是相反，它们为本领域普通技术人员理解落在权利要求语言范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式提供基础。
作为例示性使用上下文，图1示出了配备有一组超声停车辅助传感器104的车辆102。传感器布置中的传感器的数量和配置各不相同，而且在每个保险杆上具有六个传感器并不罕见，其中，每一侧上有两个额外的传感器用作盲点检测器。车辆可在可能使用传感器进行单独测量以及协作测量(例如，三角测量、多接收器)测量的情况下采用该传感器布置检测和测量到各种检测区域内的物体的距离。
超声波传感器为收发器，意指每个传感器可发射和接收超声波声音的脉冲串。所发射的脉冲串从车辆向外传播，直至其遇到物体或者某一其他形式的声阻抗失配并由其反射。反射脉冲串作为发射脉冲串的“回波”返回到车辆。发射脉冲串和接收到的回波之间的时间指示到反射点的距离。在许多系统中，一次只有一个传感器发射，但所有传感器均可被配置成测量所产生的回波。然而，通过使用正交波形或到非重叠检测区域的发射，可以支持多个同时发射。
图2示出了耦接至各种超声波传感器204作为星形拓扑结构中心的电子控制单元(ECU)202。当然，包括串行、并行和分层(树)拓扑结构在内的其他拓扑结构也是适合的，并且设想这些拓扑结构根据本文公开的原理使用。为了提供自动停车辅助，ECU 202可还连接到一组致动器，诸如，转弯信号致动器206、转向致动器208、制动致动器210和节气门致动器212。ECU 202还可耦接到用户交互式接口214以接受用户输入并且提供各种测量结果和系统状态的显示。使用所述界面、传感器和致动器，ECU202可提供自动停车、辅助停车、车道变换辅助、障碍物和盲点检测以及其他期望的特征。
现在参考图3描述一种可能的传感器配置。(其他通信和电源技术，诸如DSI3、LIN和CAN标准中提供的技术也是适合的，并且预期根据本文公开的原理使用。)除了图3的实施方案中所示的两个功率端子(Vbat和GND)之外，例示性超声波传感器中的每一个仅通过单个输入/输出(“I/O”或“IO”)线连接到ECU 202。当未通过ECU 202或通过传感器控制器302将I/O线有源驱动为低(“生效”状态)时，可以通过上拉电阻器将该I/O线偏压到供电电压(“解除生效”状态)。通信协议被设计为在任何给定时间上均仅令两个控制器中的一者(ECU202或传感器控制器302)使I/O线生效。
传感器控制器302包括I/O接口303，该接口在被置于隐性模式下时监测I/O线的由ECU 202引起的生效，并且在被置于显性模式下时驱动I/O线的状态。ECU通过使I/O线生效向传感器传送命令，不同命令由不同长度的生效表示。命令可包括“发送和接收”命令、“只接收”命令以及“数据模式”命令。
传感器控制器302包括核心逻辑304，该核心逻辑根据存储在非易失性存储器305中的固件和参数来操作，以解析来自ECU的命令并且进行适当操作，包括超声波脉冲串的发射和接收。为了发射超声波脉冲串，将核心逻辑304耦接到发射器306，该发射器利用来自电压控制振荡器307的适当调制的本地振荡器信号来驱动传感器控制器302上的一组发射端子。发射器端子经由变压器M1耦接到压电元件PZ。变压器M1使来自传感器控制器的电压(例如，12伏)逐步提高至用于驱动压电元件的合适电平(例如，数十伏)。压电元件PZ具有利用并联电容器C3被调谐至期望值(例如，48kHz)的谐振频率，并且具有利用并联电阻器R1调谐的谐振品质因数(Q)。调谐电容器和调谐电阻器的一个示例性目的是将并联谐振频率调谐为接近压电元件的串联谐振频率。
如本文所用，术语“压电换能器”不仅包括压电元件，而且还包括用于调谐、驱动以及感测压电元件的支持电路元件。在示例性实施方案中，这些支持元件是变压器M1、调谐电阻器和调谐电容器、以及DC隔离电容器。任选地，还可分别包括发射器306和放大器308的输出和输入电容，作为被认为是换能器的一部分的支持电路元件的寄生特性。然而，术语“压电换能器”的使用不一定需要存在任何支持电路元件，因为压电元件可在没有此类支持元件的情况下单独采用。
一对DC隔离电容器C1、C2将压电元件耦接到传感器控制器的一对接收端子以防止高电压。通过接收端子上的内部电压钳提供进一步保护。对于压电元件正在进行发射的间隔而言可能期望这样的保护。因为接收的回波信号通常在毫伏或微伏范围内，所以低噪声放大器308(本文也称为“前端放大器”)将来自接收端子的信号放大。任选的混合器309将放大的接收信号与本地振荡器信号相乘，以在数字信号处理器(DSP)310与集成的模数转换器(ADC)数字化和处理之前将调制信号降频转换为基带信号。
DSP 310应用可编程方法在脉冲串传输期间监测压电换能器，并且检测任何回波并测量其参数，诸如飞行时间、持续时间和峰值振幅。此类方法可采用阈值比较、最小间隔、峰值检测、过零检测和计数、噪声电平确定以及为了提高可靠性和准确性而定制的其他可定制技术。DSP 310可进一步处理放大的接收信号以分析换能器的特性，诸如谐振频率和品质因数，并且可进一步检测换能器故障状态。
经由I/O线接收的命令触发核心逻辑304来操作发射器和接收器并且经由I/O线将测量结果提供给ECU 202，如下文进一步所述。除了可由DSP 310检测到的回波测量结果和换能器故障状态之外，核心逻辑还可监测其他传感器状况，诸如在发射超声波脉冲串的同时使供电电压“欠电压”或“过电压”、发射器的热关停、硬件错误、不完整的电源接通复位等。核心逻辑304可检测并分类多个这样的换能器故障状态和错误状况，将适当的故障代码存储在内部寄存器或非易失性存储器305中。
图4A提供了一些例示性信号定时以帮助理解例示性传感器实施方案的操作，特别是关于I/O线上的通信。ECU计算具有表示所需命令的持续时间的信号脉冲“CMD”。在此情况下，持续时间为“TS”以表示“发送和接收”命令。(示例性命令脉冲持续时间可在300-1300微秒范围内。)
信号图IO1，IO2和IO3示出了根据不同的现有标准的I/O线的潜在用途，这些标准可分别称为“标准”、“脉冲回波报告”和“高级”。在传感器处于非激活状态(即，不执行测量或以其他方式对来自ECU的命令作出响应)的时间400期间，I/O线默认为高(解除生效)。在该时间400期间，允许ECU控制I/O线。如可以用信号图IO1，IO2和IO3中的每一个所看到的，ECU通过在表示命令的持续时间内主动地将线驱动为低来使IO信号生效。存在由于I/O线上的受限转换速率引起的小的传播延迟，并且去抖动间隔(“TDB”)紧随生效和解除生效之后以确保线返回到电池电压的定时是精心设计的，而不是瞬态噪声的结果。(示例性去抖动间隔可在40-80微秒范围内。)
随着去抖动间隔的流逝，传感器控制器对命令进行解码并且控制I/O线持续预定间隔401，该预定间隔可取决于命令。对于“发送和接收”命令，传感器控制器以声脉冲串402的发射开始预定间隔401，并且保持控制直到编程的测量间隔已经过去。在讨论该测量间隔401期间的I/O线的操作之前，我们考虑压电换能器的操作和对应的放大接收信号RX。
压电换能器的操作在此被表示为表示压电元件的机械振荡的振动信号VIBR。(应当注意，该信号未按比例示出，因为发射的脉冲串402可比回波408，409大几个数量级。)以电的方式，压电元件的机械振动可被检测为电压或电流。机械振动振幅随着控制器302驱动换能器(“驱动阶段”404)而增大，然后在驱动操作结束(“混响阶段”406)之后减小。控制器302可采用有源和/或无源阻尼来减小混响阶段的持续时间。
在图3的传感器实施方案中，经由放大器308将振动检测为次级电压VX的钳位放大型式。出于说明的目的，图4中所示的RX信号是该钳位的放大电压信号的(低通滤波)包络，但也可采用放大的振荡信号。
传感器控制器测量发射前周期403期间的噪声电平，该发射前周期可在ECU使I/O线生效之后开始一个去抖动间隔，并且可在发送发射脉冲串时结束。换能器针对发射脉冲串的致动使得RX信号饱和。(在至少一些实施方式中，传感器控制器的接收端子上的内部电压钳位防止过量电压到达放大器308。)发射脉冲串压倒接收器并且防止在该间隔期间获得任何有意义的回波测量。在接收信号高于阈值411(和/或符合此处不相关的其他针对实施方式的要求)时，标准传感器控制器将I/O线驱动为低(IO1)。因此，控制器在致动间隔TTX期间使IO信号生效，该致动间隔对应于其中RX信号超过阈值411的间隔412。发射脉冲串期间的这种生效使得ECU能够测量换能器的致动间隔(“TTX”)，从而使其能够验证换能器的操作。
应当注意，致动间隔412不仅包括声脉冲串生成的驱动阶段404，而且还包括声脉冲串的混响阶段406的一部分。混响振幅下降到阈值411以下所需的时间指示换能器中的损耗，因此可用作品质因数(Q)的指标。
一旦接收信号落到阈值411以下，就变得有可能检测回波，并且使标准I/O线(IO1)解除生效，直到传感器控制器检测到有效回波418，419之时。针对有效回波的要求可包括例如超过阈值411的最短时间(“TDLY”)，该最短时间等于或大于去抖动间隔TDB。这样的要求必然需要I/O线响应于回波的生效被延迟最短时间TDLY。生效持续的持续时间等于回波脉冲串所检测到的长度(“TDET”)(高于阈值411的持续时间)。在至少一些实施方案中，可检测到多个回波并且由I/O线的相应生效对其加以表示。在编程的测量间隔401结束时，标准传感器控制器302释放对I/O线的控制。
采用脉冲报告协议(IO2)的传感器采用固定脉冲长度(通常为TDB)来报告事件，包括用于指示发射脉冲串402的启动的报告脉冲422、用于指示致动周期结束的报告脉冲423以及用于每个检测到的回波418、419的报告脉冲428、429。
采用高级I/O线协议(IO3)的传感器采用固定长度脉冲422来指示测量窗401的开始，以及采用数字数据帧430以报告脉冲串和回波参数。脉冲串参数可包括发射前噪声水平和致动周期的长度。回波参数可包括每个检测到的回波的飞行时间、宽度和峰值振幅。
传感器控制器针对于每个协议使用的共同因素是回波检测方法，其依赖于预定阈值411。然而，回波包络基于障碍物的形状和周围环境以复杂的方式波动，并且固定阈值方法对此类变化敏感，从而限制了障碍物位置测定的准确性。因此，本文公开了一种增强的基于边缘的回波检测方法。
图4B再次示出了与使用恒定虚警率(CFAR)方法导出的动态阈值信号441相比的接收信号RX。存在许多CFAR变型形式，它们在性能和计算复杂度之间提供不同的折衷，但在每种情况下，这种方法旨在将检测到错误回波的概率保持在相对恒定水平，即使在存在变化的背景噪声的情况下也是如此。CFAR阈值441在存在强信号和/或噪声的情况下增加，并且当仅存在弱信号或噪声时减小。
当比较器在该示例中将RX信号与CFAR阈值441进行比较时，其产生脉冲452以指示发射脉冲串和两个后续脉冲458，459，以指示潜在回波418和419的存在。为了确认脉冲指示回波而不是噪声，所设想的检测方法还估计了RX包络信号的归一化导数(DERIV)。在至少一些设想的实施方案中，RX包络是数字信号。传感器控制器将RX信号延迟一个采样间隔，并将其从未延迟的RX信号中减去以获得估计的导数。估计的导数可通过获取每个差值的绝对值并通过两个滤波器运行来归一化。第一局部移动平均滤波器确定小窗口内的绝对差值的和或平均值，该小窗口的尺寸针对精度与噪声进行优化。第二背景滤波器确定一个窗口上的绝对差值的加权和，该加权和至少是局部滤波器的数倍。第二滤波器可以是提供对过去绝对差值的指数加权的递归滤波器。滤波器中的每一个优选地是可编程的，以匹配用于检测电势回波的滤波器的带宽。归一化导数(DERIV)为第一(局部)滤波器输出与第二(背景)滤波器输出的比率，并且其与预定阈值461进行比较。DERIV曲线包括指示脉冲串412上升边缘的峰462、指示脉冲串412下降边缘的峰463、指示回波418上升和下降边缘的峰464和465以及表示回波419的上升和下降边缘的峰466和467。在一些另选的实施方案中，省略背景滤波器并且将滤波后的导数信号(而不是比率)与预定阈值进行比较。其他另选实施方案使用可变的、时间依赖性的阈值来与经过滤的或归一化的导数进行比较。
当传感器控制器识别出存在回波脉冲的上升或下降边缘与超出CFAR阈值的接收信号结合时，它向ECU报告回波的存在。在至少一些设想的系统中，下降边缘趋于更陡峭，因此可用作回波存在和位置的更好的指示符。因此，所示的I/O线信号(IO4)采用脉冲报告协议，其中固定长度脉冲定位开始在归一化导数的下降边缘的峰。脉冲472与脉冲422一样指示发射脉冲串的开始。脉冲473指示发射脉冲串412的下降边缘。脉冲478和479指示回波418，419的下降边缘。回波418，419的飞行时间的计算可采用将脉冲473的位置作为“零”点。
在另选实施方案中，固定脉冲定位开始在回波脉冲的上升边缘的导数的峰值处。在报告上升边缘的情况下，飞行时间计算可将发射脉冲串或测量窗401的开始视为“零”点。
在其他另选实施方案中，使用“标准”I/O线协议，其中脉冲在导数的上升边缘的峰值处开始并且在导数的下降边缘的峰值处结束。
作为另外一种选择，可采用“高级”I/O线协议来报告根据前述原理检测到的每个回波的飞行时间、宽度和峰值振幅。作为另外一种选择，可使用其他总线协议诸如CAN、LIN、DSI3和PSI5来执行检测到的回波的报告。
在这些实施方案中的每一个中，可能需要接收信号在最少时间量内超过阈值或导数在最少时间量内超过阈值，并且如果是，则可相应地延迟I/O线信号中的过渡的位置。在这些实施方案中的每一个中，传感器控制器也可以或作为另外一种选择调整飞行时间以补偿对回波振幅的任何依赖，如下文进一步所述。
在“高级”I/O线协议的一个优选变型中，对于每个检测到的回波，数据帧430包括：(1)指示上升边缘导数峰值的位置的飞行时间；(2)指示下降边缘导数峰值的位置的飞行时间；和(3)回波峰的振幅。
图5是可由传感器控制器使用的来自US5793326(“Hofele”)的CFAR方法的例示性具体实施。具有i个块的移位寄存器(每个块具有接收信号包络RX的L个样本)移位以从输入E中接受新样本块。中心处的块被指定为待测小区(“ZUT”)，而中心左边的块形成子寄存器S1并且右边的块形成子寄存器S2。求和电路为每个块确定该块内的样本之和。一组最大值检测器成对比较的和，从待测小区向外工作，每个检测器转发最大和。最小值检测器比较最大值以确定最小的一个。在倍增器K对归一化值加权(任选地添加偏移)以确定CFAR阈值之前，分配器将最小的最大值乘以L或一些其他固定值用于归一化。比较器KD将待测小区中的每个样本与阈值进行比较，以确定是否存在潜在的回波峰。如先前所提及的，尽管在性能和计算复杂性之间存在不同的折衷，但存在许多变型，并且也将适用。一个变型将ZUT定位在移位寄存器右侧(用于检测上升边缘)或定位在移位寄存器左侧(以检测下降边缘)。
图6A-6B为可由传感器控制器实现的例示性基于边缘的回波检测方法的框图。混合器将接收信号降频为基带或接近基带。滤波器阻止来自降频过程的非期望频率，并且还可执行整流和低通滤波以获得接收信号的包络。模数转换器ADC将接收信号包络数字化，其沿两个分支定向。
在一个分支中，导数元素(“Norm.Deriv.”)如先前所讨论的那样确定归一化的导数。比较器将归一化的导数与可编程阈值进行比较，将低于阈值的任何信号归零。峰值检测器识别归一化导数中高于阈值的峰值。在一些具体实施中，峰值检测器生成固定长度脉冲以指示每个峰值的位置。
在另一个分支中，CFAR元件从RX信号导出CFAR阈值，该阈值任选地包括可编程偏移。比较器将RX信号与CFAR阈值进行比较，产生输出信号，该输出信号在RX信号高于阈值时生效，否则解除生效。边缘检测器根据传感器控制器的配置来检测比较器输出的向下转换、向上转换或这两者。在一些具体实施中，边缘检测器生成固定长度脉冲以指示每个边缘的位置。
当RX信号超过CFAR阈值并且在归一化的导数中检测到峰值时，逻辑AND使回波边缘检测信号生效。AND元件可被配置为生成固定长度脉冲以指示何时同时使输入生效。
在图6B中，回波边缘检测信号被路由到定时器和峰值振幅元件(“Max Track”)两者。定时器与每个发射脉冲串一起复位，并且随着回波边缘信号的每一生效，其将飞行时间值转发到(可选)校正元件。峰值振幅元素识别回波边缘信号的生效之间的RX包络的峰值振幅。基于峰值振幅，校正元件可调节飞行时间值以减少或消除飞行时间对回波振幅的任何依赖性。图7示出了可由查找表实现的例示性飞行时间校正函数。查找表基于回波的振幅，或更优选地基于归一化导数的峰值与回波的峰值振幅之间的比率，将要添加或减去的变化量与飞行时间值相关联。
返回图6B，可将任选校正的飞行时间提供给计算回波脉冲宽度的宽度测定单元。成帧器(“格式/缓冲区”)元件将每个检测到的回波的峰值振幅、任选地校正的飞行时间和回波宽度值收集到数据帧中，以用于与ECU通信。
概括地说，在一个例示性实施方案中，本文已公开了一种传感器控制器，其包括：发射器、接收器和耦接至发射器和接收器的处理电路。发射器驱动压电元件以生成声脉冲串。接收器感测压电元件对每个声脉冲串的回波的响应。处理电路能够操作以通过以下步骤将回波检测处理应用于响应：确定来自响应的导数信号；以及至少部分地基于导数信号中指示响应中的下降边缘的峰值来检测回波。
在另一个例示性控制器实施方案中，处理电路能够操作以通过以下步骤将回波检测处理应用于所述响应：确定来自响应的导数信号；以及至少部分地基于导数信号中指示响应中的边缘的峰值来检测回波。
在例示性方法实施方案中，基于压电的传感器通过以下操作来操作：驱动压电换能器以在致动间隔期间生成声能的脉冲串；在致动间隔之后的测量间隔期间，获取压电换能器的响应；以及处理响应以感测脉冲串的回波。该处理包括：从响应确定导数信号；以及至少部分地基于导数信号中指示所述响应中的边缘的峰值来检测回波。
前述实施方案中的每一个可与以下任选特征中的任何一个或多个一起使用：1.检测回波还基于：将响应与自适应阈值进行比较，以产生比较器信号；以及检测比较器信号中的边缘。2.该处理还包括使用恒定虚警率(CFAR)方法从响应信号导出自适应阈值。3.导数信号由以下确定：在响应信号和延迟响应信号之间形成差分信号；取差分信号的绝对值；以及将局部滤波器施加到差分信号的绝对值。4.导数信号还由以下确定：将背景滤波器施加到差分信号的绝对值；以及获取来自局部滤波器的输出与背景滤波器的输出的比率。5.该处理还包括：在I/O线上生成脉冲以对回波的飞行时间进行信号处理。6.该处理还包括：生成数据帧，该数据帧针对响应于声脉冲串而检测到的每个回波包括回波的下降边缘的飞行时间。7.该处理还包括对电子控制单元进行信号处理，以指示与每个回波相关联的一个或多个飞行时间，该一个或多个飞行时间各自对应于导数中的所述峰值中的一个。8.该处理还包括：对与每个回波相关联的两个飞行时间进行信号处理，其中第一飞行时间对应于上升边缘的峰值并且第二飞行时间对应于下降边缘的峰值。9.测量每个回波的峰值振幅。10.至少部分地基于回波的峰值振幅来调节与每个回波相关联的一个或多个飞行时间。11.调节是基于该回波的峰值振幅与该回波的边缘的导数中的峰值之间的比率。
虽然出于说明的目的将上面所示和所述的操作视为顺次发生，但在实践当中，可通过多个集成电路部件来进行该方法，该集成电路部件同时并且甚至可能推测性地操作以实现无序操作。所述的顺次论述并不旨在构成限制。此外，前述说明已假定使用I/O线总线，但可设想包括LIN、CAN和DSI3的其他总线实施方案。一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说这些和许多其他修改形式、等价形式和替代形式就将变得显而易见。旨在使以下权利要求书被解释为在适用情况下包含所有此类修改形式、等价形式和替代形式。
Claims (8)
1.一种用于压电换能器的控制器，所述控制器包括：
发射器，所述发射器用于驱动压电元件以生成声脉冲串；
接收器，所述接收器用于感测所述压电元件对每个声脉冲串的回波的响应；和
处理电路，所述处理电路耦接至所述发射器和所述接收器，所述处理电路能够操作以将回波检测处理应用于所述响应，所述处理包括：
从所述响应确定导数信号；以及
通过以下方式来检测回波：
使用恒定虚警率CFAR方法从所述响应导出自适应阈值，
将所述响应与所述自适应阈值进行比较，以产生比较器信号；以及
使用所述导数信号中指示所述响应中的下降边缘的对应峰值来检测所述比较器信号中的边缘。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述导数信号由以下确定：
形成所述响应信号和延迟响应信号之间的差信号；
取所述差信号的绝对值；以及
将局部滤波器施加到所述差信号的所述绝对值。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述导数信号还由以下确定：
将背景滤波器施加到所述差信号的所述绝对值；以及
获取来自所述局部滤波器的输出与所述背景滤波器的输出的比率。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述处理还包括：在I/O线上生成脉冲以用信号通知所述回波的飞行时间。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述处理还包括：生成数据帧，所述数据帧包括针对响应于声脉冲串而检测到的每个回波的所述回波的下降边缘的飞行时间。
6.一种操作基于压电的传感器的方法，所述方法包括：
驱动压电换能器以在致动间隔期间生成声能的脉冲串；
在所述致动间隔之后的测量间隔期间，获取所述压电换能器的响应；以及
处理所述响应以感测所述脉冲串的回波，所述处理包括：
从所述响应确定导数信号；以及
通过以下方式来检测回波：
将所述响应与恒定虚警率CFAR阈值进行比较，以产生比较器信号；以及
使用所述导数信号中指示所述响应中的边缘的对应峰值来检测所述比较器信号中的边缘。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：用信号通知电子控制单元以指示与每个回波相关联的飞行时间，所述飞行时间对应于所述导数中的下降边缘峰值。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：用信号通知电子控制单元以指示与每个回波相关联的两个飞行时间，其中第一飞行时间对应于上升边缘峰值并且第二飞行时间对应于下降边缘峰值。
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