Brevet FR3025321A1 — publié le 20160304

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé et un dis- positif de mesure pour détecter un objet par les signaux d'ultrasons qu'il réfléchit. Etat de la technique Dans le domaine de la détection de l'environnement par des ultrasons il est par exemple connu selon le document DE 10 2011 075 484 A1, un système de mesure par ultrasons pour détecter un obstacle ; le système de mesure par ultrasons comporte un capteur d'ultrasons ayant un élément transducteur résonnant pour émettre des impulsions d'ultrasons et générer des signaux de réception à partir des impulsions d'ultrasons émises et réfléchies par l'obstacle. Les impulsions d'ultrasons, émises et ensuite réfléchies par l'obstacle sont appelées "impulsions d'écho". L'élément transducteur résonnant génère après chaque émission de chaque impulsion d'ultrasons, un autre signal oscillant à sa fréquence de résonance. Le système de mesure par ultrasons comporte également une unité d'exploitation avec une installation de commande pour commander l'élément transducteur résonnant pour émettre chaque impulsion d'ultrasons à l'aide d'un si- gnal d'émission généré par l'installation de commande. L'unité de com- mande du système de mesure par ultrasons est réalisée pour générer chaque signal d'émission par un signal de modulation sous la forme d'un signal d'émission modulé en fréquence en ce que la signature de chaque impulsion d'ultrasons émise se distingue du signal de fin d'oscillation correspondant. L'unité d'exploitation comporte au moins un filtre de corrélation et celui-ci met en corrélation le signal généré par le convertisseur résonnant avec le signal d'émission correspondant pour former un signal de corrélation. L'unité d'exploitation reconnaît la présence d'une impulsion d'écho provenant de la réflexion sur un obstacle si le signal de corrélation a un maximum. Le même document décrit en outre un procédé pour détecter un obstacle par des ultrasons. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de détec- tion d'un objet à l'aide des signaux d'ultrasons (U(t)), réfléchis par celui- ci, selon lequel, à l'aide d'un capteur d'ultrasons on reçoit les signaux 3025321 2 d'écho produits par la réflexion des signaux d'ultrasons U(t)) émis par le capteur d'ultrasons, - et à partir de chaque signal d'écho reçu par le capteur d'ultrasons, on génère un signal de réception (e(t)) correspondant 5 et à l'aide de chaque signal de réception (e(t)) on génère un signal de mesure (s(t)) correspondant, en fonction du temps (t), que l'on met en corrélation par un filtre de corrélation avec un signal de réponse (F(T)) dépendant de la variable T pour générer un signal de corrélation (X(t)) correspondant, 10 procédé caractérisé en ce que pour chaque signal de mesure (s(t)) on détermine un coefficient de corrélation (R(t)) dépendant du temps (t) en fonction du signal de corrélation (X(t)) correspondant, d'une norme positive Ns du signal de mesure correspondant (s(t)) et d'une norme positive du signal de réponse F(T)) correspondant et on l'exploite pour détecter 15 l'objet. L'invention a également pour objet un Dispositif de mesure pour détecter au moins un objet à l'aide de signaux d'ultrasons (U(t)) réfléchis par celui-ci, le dispositif de mesure comportant un capteur d'ultrasons recevant les signaux d'ultrasons (U(t)) à émettre, les 20 signaux d'écho produits par la réflexion des signaux d'ultrasons émis et qui à partir de chaque signal d'écho reçu génère un signal de réception (e(t)) correspondant, le dispositif de mesure générant par chaque signal de réception (e(t)), un signal de mesure (s(t)) dépendant du temps et mettant celui-ci en corrélation par un filtre de corrélation du dispositif 25 de mesure pour générer un signal de corrélation (X(t)) correspondant avec un signal de réponse (F(T)) dépendant d'une variable (i), ce dispositif de mesure étant caractérisé en ce que pour chaque signal de mesure (s(t)) il détermine un coefficient de corrélation (R(t)) dépendant du temps (t) en fonction du signal de corrélation (X(t)) correspondant, d'une 30 norme définie positive Ns du signal de mesure (s(t)) correspondant et d'une norme définie positive NF du signal de réponse (F(T)) correspondant, il l'exploite pour détecter un objet. Suivant une caractéristique préférentielle on détermine chaque coefficient de corrélation R(t) selon la relation : 35 3025321 3 X (t) f T R(t) = s(t + T ) - F * (T )dT Ns - NF o T .\if s2 (t + T )dT - \III' F2 (T )dT 0 relation dans laquelle (i) est la longueur du filtre de corrélation et FIT) est le signal de réponse complexe conjugué correspondant du filtre de 5 corrélation. Selon l'invention, pour chaque signal de mesure s(t) généré à l'aide d'un signal de réception correspondant et pour le signal d'écho reçu ensuite par le capteur d'ultrasons, on calcule un coefficient de corrélation R(t). 10 De façon préférentielle, chaque signal de mesure s(t) cor- respond à un signal de réception e(t). Pour détecter un objet on compare l'amplitude de chaque coefficient de corrélation R(t) à un seuil prédéfini. En cas de signal de réception e(t) dont le coefficient de corrélation R(t) a un maximum qui dépasse un seuil prédéfini, on reconnaît que le signal 15 de réception e(t) provient du signal d'écho produit par la réflexion sur au moins un objet. De façon préférentielle, on calcule le coefficient de corrélation X(t) selon l'invention par la formule T 20 X(t)=I0 s(t+T)-F* (T)dr et on exploite ce coefficient pour détecter un objet. Selon l'invention, on calcule un signal de corrélation X(t) pour chaque signal de mesure s(t) obtenu à partir du signal de récep- 25 tion correspondant et en conséquence également pour le signal d'écho correspondant reçu par le capteur d'ultrasons. En outre, et de façon préférentielle, chaque signal d'ultrasons émis est une impulsion d'ultrasons. De façon préférentielle, à l'aide du capteur d'ultrasons se- 30 lon l'invention, on émet des signaux d'ultrasons modulés en fréquence encore appelés chirps. A titre d'exemple, on peut émettre des chirps 3025321 4 dont la fréquence varie selon une variation linéaire pendant la durée de leur émission qui est de façon caractéristique d'environ 1,0 ms. Par exemple, la fréquence de tels chirps au début de leur émission correspondant à 54kHz et à la fin de leur émission, elle correspond à 45 KHz. 5 De façon préférentielle, un capteur d'ultrasons selon l'invention assure un traitement numérique du signal sous la forme d'un module de corrélation, notamment un module de corrélation croisée. Le module de corrélation croisée met en corrélation les signaux d'ultrasons reçus avec le signal de réponse F(T) d'un filtre de corrélation, lo notamment réalisé comme filtre de corrélation croisée et qui est adapté en signal à la réception d'un signal d'écho produit de façon optimale par la réflexion d'un signal d'ultrasons émis vers au moins un objet. De façon préférentielle, le module de corrélation selon l'invention calcule un signal de corrélation X(t) sous la forme d'un signal 15 de corrélation croisée et/ou d'un coefficient de corrélation R(t) chaque fois selon l'une des deux relations indiquées ci-dessus. En outre, de façon préférentielle, on utilise à la fois le si- gnal de corrélation X(t) et aussi le coefficient de corrélation R(t) à la saisie du signal d'écho pour détecter un objet. On tient compte alors de ce 20 que la valeur du coefficient de corrélation R(t) est indépendante de l'amplitude du signal de réception généré directement à partir du signal d'écho correspondant et en même temps représente une mesure de la similitude ou du degré de corrélation entre le signal d'écho reçu et le signal de réponse F(T) correspondant du filtre de corrélation. 25 De façon préférentielle, le coefficient de corrélation R(t) est mis sous forme scalaire de façon que sa valeur se situe entre 0 et 1, c'est-à-dire pour que le coefficient de corrélation R(t) réponde à la double inégalité O Nenm. Il suffit 10 ainsi également d'avoir les coefficients de corrélation calculés Km(t) et Knm(t) satisfaisant à l'inégalité Km(t) REVENDICATIONS1°) Procédé de détection d'un objet à l'aide des signaux d'ultrasons (U(t)), réfléchis par celui-ci, selon lequel, à l'aide d'un capteur d'ultrasons on reçoit les signaux d'écho produits par la réflexion des signaux d'ultrasons U(t)) émis par le capteur d'ultrasons, et à partir de chaque signal d'écho reçu par le capteur d'ultrasons, on génère un signal de réception (e(t)) correspondant et à l'aide de chaque signal de réception (e(t)) on génère un signal de mesure (s(t)) correspon- dant, en fonction du temps (t), que l'on met en corrélation par un filtre de corrélation avec un signal de réponse (F(T)) dépendant de la variable (i) pour générer un signal de corrélation (X(t)) correspondant, procédé caractérisé en ce que pour chaque signal de mesure (s(t)) on détermine un coefficient de cor- rélation (R(t)) dépendant du temps (t) en fonction du signal de corréla- tion (X(t)) correspondant, d'une norme positive Ns du signal de mesure correspondant (s(t)) et d'une norme positive NF du signal de réponse F(T)) correspondant et on l'exploite pour détecter l'objet. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine chaque coefficient de corrélation (R(t)) selon la relation : X(t) 1T S(t ± T) - F* (T)dT R(t)= Ns - NF (t) T(' S2 (t ± T)dT - .\/ foT F2 (C)C1T 10 relation dans laquelle (i) est la longueur du filtre de corrélation et FIT) est le signal de réponse complexe conjugué correspondant du filtre de corrélation. 3°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque signal de mesure s(t) est le signal de réception e(t) correspondant et chaque signal d'ultrasons (U(t)) émis comporte une première partie de signal d'ultrasons qui n'est pas mise en corrélation par le filtre 3025321 de corrélation et une seconde partie de signal d'ultrasons qui est mise en corrélation par le filtre de corrélation, - la première partie de signal d'ultrasons de chaque signal d'ultrasons à émettre étant émise avant ou après la seconde par- 5 tie correspondante de signal d'ultrasons ou - chaque signal d'ultrasons émis comporte une première partie de signal d'ultrasons qui n'est pas mise en corrélation par le filtre de corrélation, une seconde partie de signal d'ultrasons qui est mise en corrélation par le filtre de corrélation et une troisième partie de 10 signal d'ultrasons qui n'est pas mise en corrélation par le filtre de corrélation, * la seconde partie de signal d'ultrasons de chaque signal d'ultrasons à émettre étant émise après la première partie correspondante de signal d'ultrasons et avant la troisième partie 15 correspondante de signal d'ultrasons. 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour chaque signal de réception e(t), dont le coefficient de corrélation 20 R(t) est inférieur à un premier seuil pendant une première durée et à un maximum qui se situe dans le temps directement après la première période ou avant le début de la première période et dépasse un second seuil plus grand que le premier seuil, on constate que le signal de réception e(t) correspondant provient d'un signal d'écho généré par la ré- 25 flexion sur l'objet ou pour chaque signal de réception e(t) dont le coefficient de corrélation R(t) est inférieur à un premier seuil pendant une première durée et également pendant une seconde durée après la fin de la première durée et qui a un maximum qui se situe dans le temps directement à la fin de la 30 première période et avant le début de la seconde période et dépassant un second seuil plus grand que le premier seuil, on constate que le signal de réception e(t) correspondant provient de la réflexion d'un signal d'écho produit par un objet. 35 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' 3025321 36 on détermine la longueur de la première durée en fonction d'une durée de signal de la première partie de signal d'ultrasons de chaque signal d'ultrasons émis (U(t)) et/ou la longueur de la seconde durée en fonction de la durée de signal de la troisième partie de signal d'ultrasons de 5 chaque signal d'ultrasons. 6°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque signal d'ultrasons émis est mis en corrélation par un filtre de 10 corrélation, pour chaque signal de réception (e(t)) on utilise un autre signal (h(t)) correspondant dépendant du temps, et qui est notamment un signal harmonique correspondant, chaque autre signal h(t)) n'est pas mis en corrélation par le filtre de corrélation et a une amplitude AAh dans l'ordre de grandeur de chaque si- 15 gnal de réception AAS provenant du signal d'écho correspondant parmi les signaux d'écho reçus qui n'a pas été produit par la réflexion sur au moins un objet, chaque signal de réception (e(t)) étant mélangé avec un autre signal correspondant (h(t)) pour générer un signal de mélange (s(t)) correspondant 20 et chaque signal de mélange (s(t)) qui est le signal de mélange (s(t)) gé- néré avec le signal de réception correspondant ou chaque signal de mesure (s(t)) qui est le signal de réception (e(t)) correspondant et qui est déterminé pour chaque signal de réception (e(t)) pour le coefficient de corrélation à déterminer (R(t)) selon la relation modifiée : 25 R(t)- X (t) J(Ne2 + Nh2)- NF foT e(t + T) - F* (r)dT T T T f e2 (t ± T )d-C ± f h2 (t ± T )dr - ii fo F2 (T)dT 0 0 \ relation dans laquelle Ne est la norme définie, positive, du signal de réception correspondant (e(t)) et Nh est la norme définie, positive, de 30 l'autre signal (h(t)). 7°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu' 3025321 37 en présence de chaque signal de mélange (s(t)) dont le coefficient de corrélation (R(t)) a un maximum qui dépasse un seuil prédéfini on reconnaît que le signal de réception (e(t)) a été obtenu par le signal de mélange (s(t)) correspondant provenant d'un signal d'écho produit par 5 réflexion sur un objet ou en présence de chaque signal de réception (e(t)) dont le coefficient de corrélation (R(t)) déterminé, modifié a un maximum qui dépasse un seuil prédéfini, on reconnaît que le signal de réception (e(t)) correspondant provient d'un signal d'écho produit par la réflexion sur au moins 10 un objet. 8°) Dispositif de mesure pour détecter au moins un objet à l'aide de signaux d'ultrasons (U(t)) réfléchis par celui-ci, - le dispositif de mesure comportant un capteur d'ultrasons rece- 15 vant les signaux d'ultrasons (U(t)) à émettre, les signaux d'écho produits par la réflexion des signaux d'ultrasons émis et qui à partir de chaque signal d'écho reçu, génère un signal de réception (e(t)) correspondant, le dispositif de mesure générant pour chaque signal de réception (e(t)), 20 un signal de mesure (s(t)) dépendant du temps et mettant celui-ci en corrélation par un filtre de corrélation du dispositif de mesure pour générer un signal de corrélation (X(t)) correspondant avec un signal de réponse (F(T)) dépendant d'une variable (T), dispositif de mesure caractérisé en ce que 25 pour chaque signal de mesure (s(t)) il détermine un coefficient de corré- lation (R(t)) dépendant du temps (t) en fonction du signal de corrélation (X(t)) correspondant, d'une norme définie positive Ns du signal de mesure (s(t)) correspondant et d'une norme définie, positive, NF du signal de réponse (F(T)) correspondant, et il l'exploite pour détecter un objet. 30 9°) Dispositif de mesure selon la revendication 8, qui détermine chaque coefficient de corrélation (R(t)) selon la relation : 3025321 38 R(t) = X (t) fT Ns - NF s(t + T) - F * (T)dT o T f s2 (t + T )dT - F2(i)di relation dans laquelle z est la longueur du filtre de corrélation et FIT) est le signal de réponse complexe, conjugué du filtre de corrélation. 5 10°) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que pour chaque signal de mesure s(t) on utilise le signal de réception e(t) correspondant, le capteur d'ultrasons émettant respectivement 10 une première partie de signal d'ultrasons qui n'est pas en corréla- tion avec le filtre de corrélation et une seconde partie de signal d'ultrasons qui est en corrélation avec le filtre de corrélation, et la première partie de signal d'ultrasons de chaque signal d'ultrasons (U(t)) à émettre avant ou après la seconde partie cor- 15 respondante de signal d'ultrasons ou - des signaux d'ultrasons (U(t)) ayant respectivement une première partie de signal d'ultrasons qui n'est pas en corrélation avec le filtre de corrélation, une seconde partie de signal d'ultrasons qui est en corrélation avec le filtre de corrélation et une troisième par- 20 tie de signal d'ultrasons qui n'est pas en corrélation avec le filtre de corrélation, - et la seconde partie de signal d'ultrasons de chaque signal d'ultrasons à émettre après la première partie de signal d'ultrasons correspondante et avant la troisième partie de signal 25 d'ultrasons correspondante. 11°) Dispositif de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' pour chaque signal de réception e(t) dont le coefficient de corrélation 30 R(t) est inférieur à un premier seuil pendant une première durée et à un maximum qui se situe directement après la fin de la première durée ou 3025321 39 avant le début de la première durée et dépasse un second seuil plus grand que le premier seuil, on reconnaît que le signal de réception e(t) provient d'un signal d'écho produit par la réflexion sur au moins un objet ou 5 pour chaque signal de réception e(t) dont le coefficient de corrélation R(t) est inférieur à un premier seuil pendant une première durée et aussi pendant une seconde durée qui suit la fin de la première durée et qui est à un maximum situé directement après la fin de la première durée et avant le début de la seconde durée et dépasse un second seuil plus 10 grand que le premier seuil, on reconnaît que le signal de réception e(t) provient d'un signal d'écho produit par la réflexion sur au moins un objet. 12°) Dispositif de mesure selon la revendication 11, 15 caractérisé en ce qu' il détermine la longueur de la première durée en fonction d'une durée de signal de la première partie de signal d'ultrasons de chaque signal d'ultrasons à émettre (U(t)) et/ou de la longueur de la seconde durée en fonction d'une durée de signal de la troisième partie de signal 20 d'ultrasons provenant de chaque signal d'ultrasons à émettre. 13°) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le capteur d'ultrasons émet des signaux d'ultrasons mis respectivement en corrélation par le filtre de corrélation, 25 - le dispositif de mesure utilisant pour chaque signal de réception (e(t)) un autre signal (h(t)) dépendant du temps et qui est notamment un signal harmonique correspondant, - chaque autre signal (h(t)) n'étant pas mis en corrélation par le filtre de corrélation et ayant une amplitude AAh de l'ordre de 30 grandeur de l'amplitude AAS de chaque signal de réception pro- venant d'un signal d'écho parmi les signaux d'écho reçus qui n'a pas été produit par réflexion sur au moins un objet, - le dispositif de mesure mélangeant en outre chaque signal de réception (e(t)) avec l'autre signal (h(t)) pour générer un signal de 35 mesure (s(t)) et utiliser pour chaque signal de mesure (s(t)), le si- 3025321 gnal de mélange (s(t)) qui a été généré par le signal de réception correspondant ou encore utiliser pour chaque signal de mesure (s(t)) le signal de réception correspondant (e(t)) et le coefficient de corrélation (Rt)) déterminé pour chaque signal de réception (e(t)) 5 selon la formule modifiée : R(t)- X (t) J(Ne2 + Nh2)- NF foT e(t + T) - F* (r)dT T T f e2 (t + T)dr + f h2 (t + T)dr - iif F2 (T)dT 10 o o et dans cette formule Ne est une norme définie, positive, du signal de réception correspondant (e(t)) et Nh est une norme définie, positive, de 10 l'autre signal (h(t)). 14°) Dispositif de mesure selon la revendication 13, caractérisé en ce qu' il comporte un mélangeur additif (10) et il utilise pour chaque signal de 15 mesure (s(t)) un signal de sortie (s(t)) correspondant du mélangeur (10) et pour générer le signal de sortie correspondant s(t), il utilise le signal de réception (e(t)) correspondant comme signal d'entrée appliqué au mélangeur (10) et l'autre signal correspondant (h(t)) comme autre signal d'entrée au mélangeur (10) ou 20 - il comporte un convertisseur analogique-numérique (20) utilisant pour chaque signal de mélange (s(t)) un signal de sortie numérique (s(t)) correspondant du convertisseur analogique-numérique (20) et pour générer le signal de sortie numérique correspondant (s(t)), il utilise le signal de réception correspondant (e(t)) comme 25 signal d'entrée pour le convertisseur analogique-numérique (20) et pour l'autre signe correspondant h(t), chaque fois un autre signal h(t) généré sous la forme d'une tension électrique Vh(t) et combiner celui-ci à une tension de référence Vr côté entrée pour le convertisseur analogique-numérique (20) ou 30 - pour générer le signal de sortie numérique (s(t)) correspondant, il transmet le signal de réception correspondant (e(t)) par une ligne (30) parmi les deux lignes (30, 35) du dispositif de mesure et qui sont couplées entre elles de manière capacitive, et le fournir 3025321 41 comme signal d'entrée au convertisseur analogique-numérique (20) et transmettre l'autre signal correspondant (h(t)) par une autre ligne (35) parmi les deux lignes (30, 35) et le fournir comme autre signal d'entrée au convertisseur analogique-numérique (20). 5 15°) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu' il comporte un oscillateur générant chaque autre signal (h(t) sous la forme d'un signal harmonique. 10 16°) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu' pour chaque signal de mélange s(t)) dont le coefficient de corrélation (R(t)) a un maximum qui dépasse un seuil prédéfini, il reconnaît que le 15 signal de réception (e(t)) a été généré par le signal de mesure (s(t)) cor- respondant provenant du signal d'écho produit par réflexion sur au moins un objet ou pour chaque signal de réception (e(t)) dont le coefficient de corrélation (R(t)) déterminé, modifié, a un maximum qui dépasse un seuil prédéfini 20 il reconnaît que le signal de réception correspondant (e(t)) provient d'un signal d'écho produit par réflexion sur au moins un objet. 25