[发明专利]一种基于互相关信号相位分解的时延估计方法

说明书

本发明公开了一种基于互相关信号相位分解的时延估计方法，将接收信号传播延时分解为K个整周期和ψ的相位偏移；通过设置单周期函数信号，求得互相关信号与所述单周期函数信号间的相关系数的极值，再往0时刻方向进行整周期移相，求得互相关信号的第一个起振点，从而得到接收信号的时延。整个运算过程复杂度低，非常适合基于C语言在任何嵌入式芯片编程实现，且具有广泛的场景适应性，能够获取高精度的测量结果。

技术领域

本发明涉及时延估计领域，特别涉及一种基于互相关信号相位分解的时延估计方法。

背景技术

目前，对于信号时延的估计方法，有多种方式，如电平阈值比较法、小波分析法、互相关法、先估计整周期后进行精确相位分析法；以上方法各有其优缺点。如电平阈值比较法分为单阈值和双阈值法，信号到达阈值的时刻即为求解的时延，方法简单，但是对于干扰信号的抑制能力很差，同时阈值的选择需要针对特定的测量距离、测量温度和液体浓度进行标定，不具备应用的广泛适应性。

小波分析法，其计算结果较好，但是计算过于复杂，在嵌入式芯片中实现较难，运算时间过长，实时性差。

互相关将发射信号和接收信号进行互相关运算，求取每个互相关周期信号的局部极值，再将所有局部极值进行多项式拟合，求解全局极值时刻即为求解的时延。但是由于互相关运算的理论原理，决定所求解的结果与所用测量的发射信号的时长有强关联关系，同时互相关信号的全局极值出现时刻受超声换能器的接收信号起振速度的快慢影响，所以测量结果的标定必然需要在不同的测量条件如距离、温度和液体浓度进行标定，算法的应用适应性差。同时进行极值拟合的过程计算复杂，在嵌入式芯片中实现较难，实时性差。另外由于互相关运算基于离散数据进行，由于算法原理的原因，导致计算的结果一定比实际值大，偏差的数据受限于AD采样芯片的采样率，所以该方法的计算结果受限于AD采样率，要提高测量精度，比如提高系统成本。

先估计整周期后进行精确相位分析法，是先用一脉冲信号估计整周期，后用一连续同频率信号估计精确相位。该方法能得到较为精确的结果，但是需要分两次发射信号，对硬件要求高，测量过程复杂。

基于克服上述分析方法的缺点，提出一种运算过程复杂度低、测量精度高、适合基于C语言在任何嵌入式芯片编程的时延估计方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明就是为了解决运算过程复杂度高、测量精度低、不适合基于C语言在任何嵌入式芯片编程的问题，提出一种基于互相关信号相位分解的时延估计方法，先求解相位偏移，再往0时刻方向进行整周期移相，求得互相关信号的起振点，从而得到接收信号的时延。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于互相关信号相位分解的时延估计方法，将接收信号传播延时分解为K个整周期和ψ的相位偏移，通过设置标准单周期正弦波信号，求得互相关信号与所述标准单周期正弦波信号间的相关系数的极值，再往0时刻方向进行整周期移相，求得互相关信号的第一个起振点，从而得到接收信号的时延。

优选地，包括以下步骤：

S1、对接收信号与理想发射信号进行互相关运算得到互相关信号，构建单周期函数信号，并对单周期函数信号进行步进移相，求解互相关信号和单周期函数信号的相关系数的极值，极值处相位即为接收信号传播延时的精确相位偏移ψ；

S2、对求得的精确相位偏移为ψ的单周期函数信号进行整周期移相，确定具体的移相周期数K，从而求得互相关信号的第一个起振位置点，从而求得接收信号传播延时。

优选地，步骤S1中，求解互相关信号和标准单周期正弦波信号的相关系数极值处的精确相位偏移ψ，具体包括以下步骤：

A1、选取时长为Ts的理想发射信号x(t)；

A2、获取接收波信号y(t)；