阅读说明：本技术 用于分析处理超声信号的方法和设备、超声测量系统和工作设备 (Method and device for evaluating ultrasound signals, ultrasound measuring system and operating device ) 是由 A·文茨勒 M·布罗克曼 于 2019-01-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于分析处理超声信号的方法(T),在所述方法中,对模拟超声接收信号(E)进行模数转换(T3),并且为了推导用于评估所述超声接收信号(E)的包络曲线(Eh)以数字形式对所述模拟超声接收信号进行信号匹配的滤波过程(T7),其中,在所述滤波过程(T7)之前,复数混频(T4)所述经模数转换的超声接收信号(Ed1),并且以复数的形式执行信号匹配的滤波过程(T7)。(The invention relates to a method (T) for evaluating an ultrasound signal, in which an analog ultrasound receive signal (E) is analog-to-digital converted (T3) and a filter process (T7) for signal matching the analog ultrasound receive signal in digital form is carried out for deriving an envelope curve (Eh) for evaluating the ultrasound receive signal (E), wherein the analog-to-digital converted ultrasound receive signal (Ed1) is complex-mixed (T4) and the signal matched filter process (T7) is carried out in complex form before the filter process (T7).)

用于分析处理超声信号的方法和设备、超声测量系统和工作 设备

技术领域

本发明涉及用于分析处理超声信号的一种方法和一种设备、一种超声测量系统以及一种工作设备。本发明尤其涉及用于工作设备或用于车辆的一种运行辅助系统和一种驾驶辅助系统，以及一种工作设备或一种车辆本身。

背景技术

超声测量系统结合运行辅助系统并且尤其结合驾驶员辅助系统越来越多地使用在运行设备或车辆中，以便基于待分析处理的超声信号来控制相应的仪器、例如驱动器的运行。

借助待分析处理的超声信号，尤其可以分析运行设备(尤其是车辆)的环境状况。传统的超声测量系统和相应地所基于的用于超声信号的分析处理方法的问题在于，为了进行分析处理通常存在大量的计算耗费，这尤其表现为对于实施和执行相应操作的相应高的空间需求和性能需求。

发明内容

与此相对地，根据本发明的具有权利要求1的特征的用于分析处理超声信号的方法具有以下优点：降低各个工作过程的操作耗费，并且因此降低在面积需求和电功率方面的仪器耗费。根据本发明，这借助权利要求1的特征由此实现：提出一种用于分析处理超声信号的方法，在该方法中对模拟超声接收信号进行模数转换，并且为了推导用于评估超声接收信号的包络曲线以数字形式使超声接收信号经受信号匹配的滤波过程，其中，根据本发明，在滤波过程之前，复数混频(komplex mischen)经模数转换的超声接收信号或由此推导出的数字超声接收信号，并且以复数的方式执行信号匹配的滤波过程。通过复数混频，所接收的超声信号的信号频带能够在适当的范围内移动以用于更有效的数字处理，由此，基于能够降低的计算耗费，产生在所使用的部件中节省空间和功率的可能性。

从属权利要求示出本发明的优选的扩展方案。

在根据本发明的方法的一种优选的实施方式中，将经模数转换的超声接收信号与具有混合频率的混合信号进行复数混频，其中，混合频率相应于模拟超声接收信号所基于的接收频带的中心频率。

在根据本发明的方法的另一优选的扩展方案中，在对经模数转换的超声接收信号或从所述超声接收信号中推导出的数字超声接收信号进行信号匹配的复数滤波之前，扫描率相比于模数转换的扫描率降低。

这例如可以借助确定的因子N进行，和/或从所基于的模数转换扫描频率f1出发实现扫描频率f1/N。

在此，原始所基于的扫描频率f1可以处于直至几百kHz的范围内，和/或，降低因子可以处于在4至64的范围内。

根据本发明的方法的另一有利构型，如果在降低扫描率之前对经模数转换的超声接收信号进行低通滤波以用于频带限制，则得到用于分析处理的信号结构的进一步的简化。

通过这些措施，总体上降低用于描述超声接收信号的数据范围。

基于对超声接收信号的复数值处理，得到推导用于评估的包络曲线的特别简单的可能性。

根据本发明的方法的另一有利构型方式设置，为了推导包络曲线，对以复数形式信号匹配地滤波后的数字超声接收信号进行绝对值形成。

根据本发明的用于分析处理超声信号的方法的完整实施方式(可能还)具有以下步骤：

-在接收频带中提供与超声发送信号相对应的模拟超声接收信号，

-对超声接收信号进行模数转换，包括以输入扫描频率进行扫描，并且由此获得初级数字超声接收信号，

-将初级数字超声接收信号与具有尤其相应于接收频带的中心频率的混合频率的混合信号进行复数混频，由此获得具有向较低频率移动的频带的、复数的次级数字超声接收信号，

-进行低通滤波以用于频带限制，并且降低次级数字超声接收信号的扫描率，并且由此获得最终数字超声接收信号，

-对最终数字超声接收信号进行关于超声发送信号的信号匹配的复数滤波，并且由此获得信号匹配地滤波后的数字超声接收信号，

-在信号匹配地滤波的数字超声接收信号上进行绝对值形成，并且由此获得关于超声接收信号的包络曲线，

-评估包络曲线，并且尤其是提供包络曲线的位置和幅度的最大值列表，和/或提供相应的目标的方向和距离的列表。

模拟超声接收信号可以来源于超声测量过程和/或来自测量值存储器的读取。替代地，也可以将所提供的并且已经模数转换过的数字超声接收信号提供为起点。

本发明此外还涉及一种用于分析处理超声信号的设备。

该设备例如设置用于实施根据本发明的用于分析处理超声信号的方法。

根据本发明的设备尤其设置用于，

-对模拟超声接收信号进行模数转换，

-为了推导用于评估超声接收信号的包络曲线，使经模数转换的超声接收信号或从所述超声接收信号中推导的数字超声接收信号以数字形式经受信号匹配的滤波过程，

-在滤波过程之前，复数混频经模数转换的超声接收信号，

-以复数的方式执行尤其基于复数的信号匹配滤波器的信号匹配的滤波过程。

本发明还涉及一种超声测量系统，该超声测量系统设置用于，产生并发射超声发送信号，接收与超声发送信号相应的超声接收信号，借助根据本发明的方法和/或借助用于分析处理超声信号的设备来分析处理所接收的超声接收信号。

有利地，根据本发明的超声测量系统构造为工作设备或车辆的运行辅助系统或驾驶辅助系统，或构造成其一部分。

根据本发明的另一方面，还实现一种工作设备，尤其是车辆。

根据本发明，这些工作设备构造有仪器和/或驱动器、用于控制仪器和/或驱动器的运行的控制装置，并且构造有根据本发明的超声测量系统。

控制装置可以能够与超声测量系统耦合地构造，并且设置用于基于所分析处理的超声信号来控制仪器，尤其是控制驱动器。

附图说明

参考附图详细描述本发明的实施方式。

图1和图3以框图或流程图的方式示意性地阐述用于确定包络曲线的信号处理的方法，本发明基于该方法；

图2和图4以框图或流程图的方式示意性地阐述根据本发明的用于确定包络曲线的信号处理的方法的实施方式。

图5以流程图的方式示出根据本发明的用于分析处理超声信号的方法的另外的实施方式。

具体实施方式

下面参考图1至图5详细描述本发明的实施例和技术背景。相同或等同的以及相同或等同作用的元件和部件标记有相同的附图标记。并不在它们出现的每种情况中都给出所标记的元件和部件的详细描述。

在不脱离本发明的核心的情况下，所示出的特征和其他特性可以以任何形式彼此隔离，并且根据需要可以任意地彼此组合。

图1和图3以框图或流程图的方式示意性地阐述用于确定包络曲线的信号处理的方法U和设备100’，本发明基于所述方法和设备。下面将它们称为传统方法U和传统设备100’。

结合第一步骤U1或第一单元，产生并发射(例如呈发送脉冲的形式的)超声发送信号S。

结合随后的步骤U2或随后的第二单元，接收(例如呈接收脉冲的形式的)超声接收信号E，并且随后在第三步骤U3中或结合第三单元，以所基于的例如可以位于几百kHz的范围中的扫描频率f1以扫描的方式对所述超声接收信号进行模数转换，使得存在呈传统形式的数字化的超声接收信号Ed’。

然后，紧接着是用于信号匹配的滤波的步骤U7或相应的单元，其中，将对于超声发送信号S决定性的参数传输到最佳滤波器上，所述参数基于步骤U7和相应的单元。

在随后的步骤U8和相应的单元中，通过低通滤波来处理信号匹配的滤波过程U7的结果Edf’，以用于提取传统的包络曲线Eh’。

图2和图4以框图或流程图的方式示意性地阐述根据本发明的用于确定包络曲线Eh的信号处理的方法T的实施方式。

用于分析处理超声信号E的根据本发明的方法T和相应的设备100基于以下方法：

在产生和发射T1超声发送信号S之后，进行超声接收信号E的相应的提供T2，以及对该超声接收信号的模数转换T3，并且因此进行从模拟的信号模式到数字的信号模式的过渡。

在方法T的随后的步骤T4和设备100的相应的单元中，对初级持续的数字超声接收信号Ed1进行根据本发明新添加的复数混频。通过该过程，在方法T的步骤T4’和设备100的相应单元中获得次级数字超声接收信号Ed2。

通过用于频带限制的低通滤波T5和扫描率的降低T6，在步骤T6’中获得最终数字超声接收信号Edfin，然后，根据本发明将所述最终数字超声接收信号供应给复数的信号匹配的滤波T7，以便在步骤T7’中获得以复数的方式信号匹配地滤波的数字超声接收信号Edf。

在随后的步骤T8中，对以复数的方式信号匹配地滤波的数字超声接收信号Edf进行绝对值形成，从而在随后的步骤T8’中得到关于超声接收信号E的包络曲线Eh以用于进一步的处理。

得出根据图2和4的根据本发明的方法与根据图1和3的传统方法的以下比较。

在具有原始扫描率f1和近似相应于发送信号的信号宽度的时间窗口tE的传统方法中，得出所基于的信号匹配的最佳滤波器U7的效率

I_FIR＝tE·f1 (1)

在这种传统情况下，得出代表所需的计算功率的变量R

R＝I_FIR·f1＝tE·f1² (2)

因为在根据本发明的方法中在低通滤波之后，要考虑以因子N对原始扫描频率f1的扫描频率进行除法运算，即尤其适用以下关系式(3)

f1′＝f1/N并且I_FIR′＝tE·f1^′＝tE·f1/N (3)

根据本发明，在时间窗口tE相同的情况下，得出代表所需的计算功率的变量R’的以下关系式(4)

R′＝4·f1/N·tE·f1/N＝4·R/N²

这意味着，所需的计算功率R’与扫描频率或扫描率的缩减1/N的平方成正比例。

图5以流程图的方式再次示出根据本发明的用于分析处理超声接收信号E的方法T或相应的设备100的结合图2和图4描述的实施方式。在此，步骤和单元T1至T8‘仍然是核心。