专利名称：无线测距中准确识别目标信号的方法
技术领域：
本发明提供一种在无线测距中从杂乱的回波信号中准确识别目标的方法。在使用超声波或电磁波(不包括激光)测量较远的距离时，由于信号波束的方向性欠佳，除被测目标外，周围物体也会接收到信号并反射回仪器，使仪器无法从杂乱的背景回波中准确地识别出目标信号，这极大地限制了超声波、电磁波在测距领域的应用。本发明提供了一种简便可靠的方法，无论在多么复杂的背景环境下，都能够准确无误地识别出目标信号，不受背景杂波的干扰。特别适用于超声波、电磁波对较远的静止目标精确测距，也适用于飞机、船舶、汽车等的安全距离测量。
目前在无线测距中，较远距离的精确测量，多是使用激光仪器。激光仪器的性能可靠，精确度高，可达到毫米级，但是技术要求高，价格高昂，精确测量中还必须有精密的反射棱镜配合使用。由于激光在空气中的传播速度大致不变，约为30万千米/秒，既0.3毫米/微微秒(10-12秒)。因此，如果单纯用计时的办法测定距离，要求精度达到毫米级，则计时精度必须达到微微秒级，这在技术上是比较困难的，所以激光测距仪还采用其它方法综合使用。如此高精度的要求，使得激光仪器价格高昂。此外，影响激光测量的因素有气温、大气压、空气密度、能见度、热抖动、直视距离、阳光直射等。由于激光波长极短，穿透能力差，在能见度低、热抖动剧烈、细小的视障碍等情况下，激光仪器将看不见目标或者接收不到回应信号而不能正常使用。
相比之下，超声波的传播速度远远小于光速，标准状态下约为340米/秒，既0.34毫米/微秒(10-6秒)，单纯用计时的方法测量距离，要达到毫米级的精度，计时精度仅要求达到微秒级就足够了，这很容易作到，比激光仪器微微秒级的精度要求在技术上容易得多，因此超声波测距仪可望在价格上远低于激光测距仪。
超声波测距仪由一台主机、一个响应器组成，配合使用。测量时，主机按下按钮，发射一个A1频率的超声波短脉冲，同时计时器开始计时，并准备接收响应器回应的信号；响应器接收到A1信号，立即响应，发射一个A2频率的超声波短脉冲，并不再对后续的任何信号做出响应，主机收到响应器回应的A2信号，停止计时，并根据时间差以及温度等参数，计算出主机与响应器之间的精确距离。A1与A2频率不同但对应匹配。如前面所述，当计时精度达到微秒级(10-6秒)时，测距精度就可达到毫米级。
由于超声波束的方向性欠佳，响应器周围的物体也会接收并反射信号。为了准确识别响应器的信号，而不受背景杂波的干扰，在每一次测距过程中，响应器只响应一次，既仅对最先接收到的A1信号作出响应，发出A2回应，而对其它的信号一律不响应，并且在每一次测距过程中都只响应一次。很显然，响应器最先接收到的A1信号，直接来源于主机，而不是经过反射或折射的；同样的，主机在每次测距工作过程中也只响应一次，既仅在发出A1信号以后，对最先接收到的A2信号作出响应，对其它所有信号都不予处理，这样可以确保接收到的A2信号直接来源于响应器，而不是经过折射或反射的信号，准确有效地滤除了杂波信号的干扰，正确识别出目标信号。
影响超声波传播速度的因素有两个，既气温和风力，而大气压、空气密度、能见度、阳光直射等因素对超声波没有影响。空气中超声波的波长为厘米级，对灰尘、浓雾等具有很强的穿透能力，灰尘、浓雾、偶然出现的细小树枝叶，都不影响超声波仪器的使用，剧烈的热抖动可能会影响测量精度，但不会导致超声波仪器不能使用。而激光仪器遇到这样的问题，将不能使用。超声波束呈扇形发射，使用时只需要大致对正目标即可，无须精确瞄准，使用方便；激光测距仪则必须精确瞄准目标才能够正常工作，不如超声波仪器使用方便，快捷。
这种准确识别目标、滤除干扰杂波的方法，不仅适用于超声波无线测距，也适用于电磁波无线测距。为了避免多台仪器在同一个范围内同时工作时互相干扰，可以在主机上设定数个固定频率A1，B1，C1等；而在响应器上也有同样多的对应频率A2，B2，C2等，一一匹配对应。主机和响应器都只对指定的匹配频率作出响应，它们的频率必须不同，而又一一匹配对应。
类似的方法，还可用于飞机、船舶的安全距离测量，以及高速公路上汽车防追尾撞击的安全距离测量等。
权利要求
1.一种无线测距中准确识别目标信号的方法，仪器包含主机和响应器，主机发射一个A1频率的短脉冲，响应器收到A1信号后立即响应，发射一个A2频率的短脉冲，主机收到A2信号后，根据时间差及相关参数计算距离；
2.每次测量过程中，主机和响应器都只响应一次，只对最先接收到的指定信号作出处理；
3.A1和A2的频率不同而又一一对应匹配。
全文摘要
在使用超声波或电磁波测量较远距离时，目标周围物体也会收到信号并反射回仪器，使仪器无法从杂乱的背景回波中准确地识别出目标信号，极大地限制了超声波、电磁波在测距领域的应用。本发明的主机和响应器频率不同，且只对最先收到的指定信号作出处理，能准确无误地识别出目标信号，不受背景杂波干扰。主机发射一个A1频率的短脉冲，响应器收到A1信号后，立即响应，发射一个A2频率的短脉冲，根据时间差及相关参数计算距离。也适用于飞机、船舶、汽车等的安全距离测量。
文档编号G01S13/00GK1424590SQ0216031
公开日2003年6月18日 申请日期2002年12月25日 优先权日2002年12月25日
发明者杨炳南 申请人:杨炳南