[发明专利]一种消除超声定位中声辐射干扰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除声辐射干扰的方法，具体涉及一种在超声定位中消除声辐射干扰以获得适于定位的超声信号的方法。

背景技术

在实际运用中，如超声定位的典型系统—超声电子白板系统，其在书写板面内会存在一种声辐射干扰，此干扰的产生符合结构声学的吻合效应，其频率与信号频率相近甚至相等，其辐射遵循无指向性且强度大，现有的滤波技术难以将其滤除，从而会严重影响到系统定位性能，甚至会导致系统定位功能失效，严重地制约了超声定位系统的应用领域。2008年，美国ebeam公司针对超声波在温度不均匀情况下的折射、反射等引起的声干扰问题，提出了基于多接收器分区定位的抗干扰方案，它在定位区域较大且环境温度变化不均匀时解决此声干扰是有效的，但存在成本高以及灵活性不够等缺点。2009年，该公司针对未知干扰，提出了自适应干扰消除的方案，虽然应用最小均方算法能很好地抑制此类干扰，但其收敛速度慢、实时性差，难以在嵌入式超声定位系统中应用。

发明内容

基于以上分析，在现有的超声抗干扰技术基础上进行创新，针对超声定位中声辐射干扰对定位功能的影响，寻求一种实时性较高的声辐射干扰消除方法是本发明的主要目标。

本发明提供了一种有效的超声定位中声辐射干扰消除方法，包括如下步骤：

(1) 超声接收信号预处理；

(2) 提取超声接收信号峰值包络，确定超声接收信号峰值包络上的最大值点或次最大值点或者最小值点为特征点；

(3) 确定断点的位置；

(4) 根据步骤(3)中获得的断点位置，通过选取步骤(2)中获得的超声接收信号峰值包络的特征点，计算断点在超声接收信号上的相对位置并映射到参考信号上以获得参考信号的“伪断点”位置，基于“伪断点”作泰勒级数展开；

(5) 波形替换。

本发明所述步骤(1)中描述的超声接收信号预处理过程是指对超声接收信号进行数字滤波，滤除高频分量和去除直流分量。

本发明所述步骤(2)中描述的提取超声接收信号峰值包络过程是指对预处理后的超声接收信号进行一阶差分运算以进行符号变化判定，从而提取出超声接收信号的峰值包络。

本发明所述步骤(3)中描述的确定断点的位置的过程是指对步骤(2)中获得的超声接收信号峰值包络进行二阶差商，并通过获取二阶差商最大值得到超声接收信号断点的位置。

本发明所述步骤(4)基于“伪断点”作泰勒级数展开的过程，其中所述的参考信号可以是混合指数模型信号、双指数模型信号或者高斯模型信号。

本发明6所述步骤(5)中的波形替换过程是指利用步骤(4)中泰勒级数展开获得的波形替换步骤(3)中所述断点之前的波形。

通过获取实测超声接收信号断点位置，再通过映射关系获得参考信号上的“伪断点”位置，进一步利用“伪断点”处的泰勒级数展开获得的波形替换实测超声接收信号断点以前的波形，最终消除声辐射干扰。通过上述步骤，达到消除声辐射干扰的目的。

本发明的优点具有如下优点：

1. 与现有滤波技术相比较，本发明提出的方法有效地消除超声定位系统的声辐射干扰。

2. 利用参考信号“伪断点”处泰勒级数展开替代超声接收信号断点之前波形，在保证消除声辐射干扰的同时可有效地降低算法的运算量，利于在实时性要求较高的嵌入式超声定位系统中的应用。

附图说明

图1是本发明的消除超声定位中声辐射干扰方法的总体流程图；

图2是本发明的超声接收信号预处理框图；

图3A是本发明的携带声辐射干扰的超声接收信号预处理后的波形图；

图3B是本发明的超声电子白板系统产生声辐射干扰的具体实施例；

图4是本发明的带有声辐射干扰的超声信号预处理后的峰值包络图；

图5A是本发明的超声接收信号断点位置确定的流程图；

图5B是本发明的用于超声接收信号断点位置确定的波形图；

图6是本发明的断点位置映射关系示意图；

图7是本发明的利用参考信号上对应“伪断点”位置的泰勒级数展开获得的波形替换超声接收信号断点前信号波形的实施过程；

图8A-1、8A-2、8B-1、8B-2、8C-1、8C-2是本发明的仿真实验结果图。

具体实施方式

包括如下步骤：

(1) 超声接收信号预处理；

图1是示出根据本发明的消除超声定位中声辐射干扰方法的总体流程图。具体包括如下步骤：

[101]—对超声接收信号进行预处理，以获得高信噪比、低数据错误率的信号数据；