具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的测距方法包括以下步骤：

S1，获取探测波的接收探头的采样值。

在本发明的一个实施例中，测距的基本原理是渡越时间检测法，可检测得到探测波的发射探头与接收探头之间的距离，或物体与接收探头之间的距离，其中，前者是发射探头发出探测波，接收探头接收发射探头所发出的探测波，后者是发射探头发出探测波，接收探头接收物体反射回的探测波。

发射探头在开始发射探测波时，会给定接收探头一个时间同步信号，接收探头接到时间同步信号后即作为采样的时间零点，同时开始以预设采样频率进行采样，采样值为在离散的采样时刻采样得到的幅值。

在本发明的一个实施例中，探测波可以为超声波，也可以为其他可基于渡越时间检测法实现距离探测的波。

在本发明的一个实施例中，在对采样值进行后续的分析计算之前，还可对采样值进行光滑滤波，以去除高频干扰，避免信号失真。

S2，根据采样值计算探测波的振动稳定点并确定探测波的起振周期。

具体地，可给定初始的多个采样值，然后计算初始的多个采样值之后的每一个周期采样值的均值相对于该周期之前所有采样值的均值的差异值。进而，判断差异值是否小于预设阈值，如果差异值小于预设阈值，则将该周期确定为探测波的起振周期，并以该周期之前所有采样值的均值作为探测波的振动稳定点。

给定的初始的多个采样值可以为接收探头自时间零点开始所采样的初始几个周期的采样值，本发明实施例中的周期皆以探测波的周期为准。探测波的起振周期是指探测波的第一个周期，起振周期的起始点为起振点。对于滤波后的采样值，可以对初始几个周期的采样值进行平均计算，作为初始的振动稳定点，接下来以每个周期为单位求取采样值的均值，如果该周期的采样值的均值相对初始的振动稳定点已有明显差异，即差值超过预设阈值，那么该周期的幅值比较显著，即可认为已接收到探测波信号；如果没有明显差异，即差值小于预设阈值，则将该周期的采样与之前所有采样值一起求均值，更新初始的振动稳定点。对于采样值的均值相对初始的振动稳定点有明显差异的周期，可以认为是得到明显探测波的起振周期，其前面采样值的均值为振动稳定点。

在本发明的一个实施例中，在给定初始周期数k后，可计算k个周期内的所有采样值的均值：

其中，表示初始给定的k个周期内的所有采样值的均值，N_T为一个周期内的采样数，x_i表示采样值，i为采样值的序号。

然后，计算初始给定的k个周期的下一周期的采样值的均值：

其中，表示下一周期的采样值的均值。

接下来比较与具体地，可计算作为与的差异值。如果 则k＝k+1，后续的仍采用上述公式计算，得到的是一个周期采样值的均值，而根据得到的则表示该周期之前所有的采样值的均值。而后继续比较与如此循环，直至也就是说，直到某一个周期内的采样值均值明显大于此前所有采样值的均值时，确定该周期为探测波的起振周期，即探测波到来，探测波到来前的采样值的均值为振动稳定点预设阈值δ的大小可根据实际情况进行设定，以能够正确判断探测波是否到来为设定依据。

S3，根据采样值和探测波的振动稳定点求取探测波在起振周期处的局部极值。

具体地，可对探测波在起振周期处的每两个相邻的采样值进行比较，如果存在一采样值大于前一采样值、大于后一采样值且大于探测波的振动稳定点，则将该采样值确定为极大值，如果存在一采样值小于前一采样值、小于后一采样值且小于探测波的振动稳定点，则将该采样值确定为极小值。应当理解的是，如果半个周期内存在两个或以上的极大值或极小值，则需要确定真正的极大值和极小值，具体地，可比较所确定的多个极大值并保留最大的极大值作为真正的极大值，比较所确定的多个极小值并保留最小的极小值作为真正的极小值。

以图2中的多个相邻采样值为例，通过对采样值4和5、采样值5和6进行比较判断，得出采样值5小于采样值4且小于采样值6，然而采样值5大于探测波的振动稳定点因此，采样值5不是探测波在起振周期处的极小值。通过对采样值13和14、采样值14和15进行比较判断，得出采样值14小于采样值13且小于采样值15，并且采样值14小于探测波的振动稳定点因此，采样值14是探测波在起振周期处的极小值，即探测波在起振周期处的极小值所在的点，x_min＝x₁₄，t_min＝t₁₄。

S4，根据探测波在起振周期处的局部极值利用三次样条法求极值包络线。

对于步骤S3获取的极大值和极小值，可利用三次样条法求得极值包络线：

其中，Si(x)表示时间与幅值x的函数关系，m_i为待定参数，是局部极值点的导数值，h_i＝x_i+1-x_i。

S5，根据极值包络线计算经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的斜率，并得到经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程。

对于步骤S3求取的包括极大值和极小值的多个局部极值，可选取第一个局部极值，即最靠近时间零点的极值，根据极值包络线的边界条件和第一个局部极值所在的点的坐标确定极值包络线在第一个局部极值所在的点的导数，并将该导数作为经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的斜率，然后根据斜率和第一个局部极值所在的点的坐标得到经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程。

以检测发射探头与接收探头之间的距离为例，以发射探头发出探测波的时刻为0时刻，接收探头接收到探测波的时刻为起振时间点，起振时间点在时间t、幅值x的坐标系中的点即为起振点。假设探测波在起振周期处的第一个局部极值所在的点的坐标为(t₀,x_min,0)，结合上述极值包络线方程求得极值包络线在该第一个局部极值所在的点的导数m₀，则经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的斜率为m₀，该直线的方程为：

y＝x_min,0+m₀(t-t₀)

S6，根据经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程计算渡越时间。

具体地，可将探测波的振动稳定点代入经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程，以计算得到渡越时间。

起振点的幅值为探测波的振动稳定点代入上述直线方程，得到起振时间点，即渡越时间T₀：

S7，根据渡越时间计算探测距离。

在本发明的一个实施例中，探测距离D的计算公式如下：

D＝uT₀

其中，u为探测波的速度。

根据本发明实施例的测距方法，通过计算探测波的振动稳定点并确定探测波的起振周期，并获取探测波在起振周期处的局部极值，同时利用三次样条法求极值包络线，然后根据极值包络线和第一个局部极值得到经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程，最后根据该直线的方程计算渡越时间并根据渡越时间计算探测距离，由此，能够快速、准确地计算出探测波的渡越时间，从而能够快速、准确地得到探测距离，以便用于实现定位点的快速准确定位，满足自动充电连接等应用需求。

对应上述实施例的测距方法，本发明还提出一种测距装置。

如图3所示，本发明实施例的测距装置包括第一获取模块10、第一计算模块20、第二获取模块30、第二计算模块40、第三计算模块50、第四计算模块60和第五计算模块70。其中，第一获取模块10用于获取探测波的接收探头的采样值；第一计算模块20用于根据采样值计算探测波的振动稳定点并确定探测波的起振周期；第二获取模块30用于根据采样值和探测波的振动稳定点求取探测波在起振周期处的局部极值；第二计算模块40用于根据探测波在起振周期处的局部极值利用三次样条法求极值包络线；第三计算模块50用于根据极值包络线计算经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的斜率，并得到经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程；第四计算模块60用于根据经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程计算渡越时间；第五计算模块70用于根据渡越时间计算探测距离。

在本发明的一个实施例中，测距的基本原理是渡越时间检测法，可检测得到探测波的发射探头与接收探头之间的距离，或物体与接收探头之间的距离，其中，前者是发射探头发出探测波，接收探头接收发射探头所发出的探测波，后者是发射探头发出探测波，接收探头接收物体反射回的探测波。

发射探头在开始发射探测波时，会给定接收探头一个时间同步信号，接收探头接到时间同步信号后即作为采样的时间零点，同时开始以预设采样频率进行采样，采样值为在离散的采样时刻采样得到的幅值。

在本发明的一个实施例中，探测波可以为超声波，也可以为其他可基于渡越时间检测法实现距离探测的波。

在本发明的一个实施例中，在后续的各个模块对采样值进行后续的分析计算之前，第一获取模块10还可对采样值进行光滑滤波，以去除高频干扰，避免信号失真。

第一计算模块20具体可给定初始的多个采样值，然后计算初始的多个采样值之后的每一个周期采样值的均值相对于该周期之前所有采样值的均值的差异值。进而，判断差异值是否小于预设阈值，如果差异值小于预设阈值，则将该周期确定为探测波的起振周期，并以该周期之前所有采样值的均值作为探测波的振动稳定点。

给定的初始的多个采样值可以为接收探头自时间零点开始所采样的初始几个周期的采样值，本发明实施例中的周期皆以探测波的周期为准。探测波的起振周期是指探测波的第一个周期，起振周期的起始点为起振点。对于滤波后的采样值，可以对初始几个周期的采样值进行平均计算，作为初始的振动稳定点，接下来以每个周期为单位求取采样值的均值，如果该周期的采样值的均值相对初始的振动稳定点已有明显差异，即差值超过预设阈值，那么该周期的幅值比较显著，即可认为已接收到探测波信号；如果没有明显差异，即差值小于预设阈值，则将该周期的采样与之前所有采样值一起求均值，更新初始的振动稳定点。对于采样值的均值相对初始的振动稳定点有明显差异的周期，可以认为是得到明显探测波的起振周期，其前面采样值的均值为振动稳定点。

在本发明的一个实施例中，在给定初始周期数k后，第一计算模块20可计算k个周期内的所有采样值的均值：

其中，表示初始给定的k个周期内的所有采样值的均值，N_T为一个周期内的采样数，x_i表示采样值，i为采样值的序号。

然后，第一计算模块20计算初始给定的k个周期的下一周期的采样值的均值：

其中，表示下一周期的采样值的均值。

接下来第一计算模块20比较与具体地，可计算作为与的差异值。如果则k＝k+1，后续的仍采用上述公式计算，得到的是一个周期采样值的均值，而根据得到的则表示该周期之前所有的采样值的均值。而后继续比较与如此循环，直至 也就是说，直到某一个周期内的采样值均值明显大于此前所有采样值的均值时，确定该周期为探测波的起振周期，即探测波到来，探测波到来前的采样值的均值为振动稳定点预设阈值δ的大小可根据实际情况进行设定，以能够正确判断探测波是否到来为设定依据。

第二获取模块30具体可对探测波在起振周期处的每两个相邻的采样值进行比较，如果存在一采样值大于前一采样值、大于后一采样值且大于探测波的振动稳定点，则将该采样值确定为极大值，如果存在一采样值小于前一采样值、小于后一采样值且小于探测波的振动稳定点，则将该采样值确定为极小值。应当理解的是，如果半个周期内存在两个或以上的极大值或极小值，则需要确定真正的极大值和极小值，具体地，可比较所确定的多个极大值并保留最大的极大值作为真正的极大值，比较所确定的多个极小值并保留最小的极小值作为真正的极小值。

以图2中的多个相邻采样值为例，第二获取模块30通过对采样值4和5、采样值5和6进行比较判断，得出采样值5小于采样值4且小于采样值6，然而采样值5大于探测波的振动稳定点因此，采样值5不是探测波在起振周期处的极小值。第二获取模块30通过对采样值13和14、采样值14和15进行比较判断，得出采样值14小于采样值13且小于采样值15，并且采样值14小于探测波的振动稳定点因此，采样值14是探测波在起振周期处的极小值，即探测波在起振周期处的极小值所在的点，x_min＝x₁₄，t_min＝t₁₄。

对于第二获取模块30获取的极大值和极小值，第二计算模块40可利用三次样条法求得包络线：

其中，Si(x)表示时间与幅值x的函数关系，m_i为待定参数，是局部极值点的导数值，h_i＝x_i+1-x_i。

对于第二获取模块30求取的包括极大值和极小值的多个局部极值，第三计算模块50可选取第一个局部极值，即最靠近时间零点的极值，根据极值包络线的边界条件和第一个局部极值所在的点的坐标确定极值包络线在第一个局部极值所在的点的导数，并将该导数作为经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的斜率，然后根据斜率和第一个局部极值所在的点的坐标得到经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程。

以检测发射探头与接收探头之间的距离为例，以发射探头发出探测波的时刻为0时刻，接收探头接收到探测波的时刻为起振时间点，起振时间点在时间t、幅值x的坐标系中的点即为起振点。假设探测波在起振周期处的第一个局部极值所在的点的坐标为(t₀,x_min,0)，结合上述极值包络线方程求得极值包络线在该第一个局部极值所在的点的导数m₀，则经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的斜率为m₀，该直线的方程为：

y＝x_min,0+m₀(t-t₀)

第四计算模块60具体可将探测波的振动稳定点代入经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程，以计算得到渡越时间。

起振点的幅值为探测波的振动稳定点代入上述直线方程，得到起振时间点，即渡越时间T₀：

第五计算模块70具体可根据以下公式计算探测距离D：

D＝uT₀

其中，u为探测波的速度。

根据本发明实施例的测距装置，通过计算探测波的振动稳定点并确定探测波的起振周期，并获取探测波在起振周期处的局部极值，同时利用三次样条法求极值包络线，然后根据极值包络线和第一个局部极值得到经过第一个局部极值所在的点和起振点的直线的方程，最后根据该直线的方程计算渡越时间并根据渡越时间计算探测距离，由此，能够快速、准确地计算出探测波的渡越时间，从而能够快速、准确地得到探测距离，以便用于实现定位点的快速准确定位，满足自动充电连接等应用需求。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。