(57)【要約】【課題】クロストークおよび他の妨害の発生を防止し、距離測定の信頼性を向上させる。【解決手段】一実施例に従って、半導体デバイスは、受信信号を既知のパターンと相関させる。相関出力は、信頼基準レベルを形成するための基準として使用される。この信頼基準レベルおよび相関出力は、受信信号の現在の信号状態が既知のパターンを含むことを示す受信信号におけるピークを識別するために、比較される。【選択図】図４
2012108121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知のパターンと受信信号との間の相関の現在レベルを示す相関器出力信号を形成する、相関器と、
前記相関器出力信号から導出される信号の修正平均に基づいて信頼基準レベルを形成する、信頼基準レベル発生器と、
前記相関器の出力から導出される前記信号を前記信頼基準レベルと比較して、前記受信信号の現在の信号状態が前記既知のパターンを含むことを示す第１の所定の基準分だけ、前記相関器の出力から導出される前記信号が前記信頼基準レベルを超える場合、ピーク検出の指示を形成する、ピーク検出器と、
から構成されることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記相関器出力信号から導出される前記信号は、実質的に前記相関器出力信号であり、前記信頼基準レベル発生器は、
平均化された相関器出力信号を形成するために、選択された期間、前記相関器出力信号を平均化する、第１のアベレージャ、
前記相関器出力信号を前記平均化された相関信号と比較して、第２の所定の基準によって前記相関平均を超える、前記相関器出力内のピークを抑制することによって、ピーク抑制相関信号を形成する、ピーク抑制器、および、
ピーク抑制相関平均を形成するために、前記ピーク抑制相関信号を平均化する、第２のアベレージャであって、前記ピーク抑制相関平均は、前記信頼基準レベルとして前記ピーク検出器に提供される、第２のアベレージャ、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第１の所定の基準は、変調符号を使用して送信される信号のエコーが受信されて、前記相関器出力から導出される前記信号のピーク増幅値と、前記ピーク増幅値における前記信頼基準レベルとの間の相対比率、または、前記相関器出力信号から導出される前記信号の前記ピーク増幅値と、前記ピーク増幅値における前記信頼基準レベルとの間の絶対差、のいずれかとして判定される、所望の信頼レベルを示す、請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記信頼基準レベル発生器は、
前記相関器出力信号に基づいて振幅信号を形成する振幅回路であって、前記振幅信号は、正の実数成分のみを有する、振幅回路、および、
微分回路を使用して、前記振幅信号からの前記相関器出力信号から導出される前記信号を形成する微分プリプロセッサであって、前記微分プリプロセッサは、前記振幅回路から前記信号を受信して、微分信号を形成する非線形微分器と、前記微分信号とマスターベクトルとの間の相関に基づいて、微分相関器出力を形成する第２の相関器とを含み、前記マスターベクトルは、既知のパターンに基づく理想微分ピークを表し、微分相関器出力は、前記相関器出力信号から導出される信号を形成する、微分プリプロセッサ、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記非線形微分器は、
前記振幅回路の前記出力をフィルタにかけて、フィルタ出力を形成する、第１の低域通過フィルタ、
中間微分信号を形成するために、前記第１の低域通過フィルタの前記フィルタ出力をデジタル的に微分する、微分器回路、
積信号を形成するために、前記第１の低域通過フィルタの前記フィルタ出力を、前記中間微分出力で乗算する、乗算回路、および、
前記第２の相関器に提供される前記微分信号を形成するために、前記積信号をフィルタにかける、第２の低域通過フィルタ、
を含むことを特徴とする請求項４記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、物体検出および超音波距離測定の用途において有用である、方法、半導体デバイス、および製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動化された物体検出および距離測定は、さまざまな用途において有用である。距離は、レーダー、ソナー、光の反射等を含む、多くの異なる技術を用いて測定することができる。いくつかの環境において、多くの異なる無関係の組織が、同様の技術を用いて距離測定を実施している可能性がある。たとえば、自動車製造業者は、衝突防止および駐車支援等の用途のために、車両に障害物検出および距離測定システムをますます搭載するようになってきた。これらのシステムは、車両と隣接物体との距離、ならびに物体までの距離の変化の速度を判定するために、超音波音響エコー検出を用いる。さらに、製造業者は、ますます、これらのシステムが複数の方向において動作するように設計するようになってきており、このような設計では、自動車が、エコー検出を用いて他の車両を含む物体を検出するために、超音波信号を複数の方向に送信する可能性がある。その結果、複数の超音波送信機が互いに近接して動作し、エコーを発生する物体までの距離の測定を困難にする、いわゆるクロストークおよび他の妨害を生じさせる可能性がある。したがって、そのような距離測定が信頼できるものとなるよう、このような妨害の問題に対処する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
図面には、好適な実施例が示されているが、本発明は、ここに示される配置および手段に制限されるものではないことが理解されよう。
【０００４】
【図１】一実施例に従って、車両の適用例の動作環境を示す図である。
【０００５】
【図２】一実施例に従って、距離測定製品による使用のために変調された例示的な搬送波の変調を示す図の一例である。
【０００６】
【図３】一実施例に従って、距離測定製品における使用のためのモジュールおよび制御装置を示すブロック図の概略である。
【０００７】
【図４】一実施例に従って、相関検出ユニット等の例示的な相関検出ユニットの概略を示すブロック図の概略である。
【０００８】
【図５】一実施例に従って、相関ユニットのブロック概略図である。
【０００９】
【図６】一実施例に従って、例示的な相関器出力、および相関平均を示すグラフである。
【００１０】
【図７】一実施例に従って、ピークが、どのように判定されるかを例示するグラフである。
【００１１】
【図８】相関器出力、相関平均、およびピーク抑制相関信号を示すグラフである。
【００１２】
【図９】ピーク抑制相関信号およびピーク抑制相関平均を示すグラフである。
【００１３】
【図１０】一実施例に従って、音響距離測定回路によって受け取られた信号におけるエコーによってもたらされた相関ピークを検出するために、事前に選択される基準に従って、どのようにピーク抑制相関平均が相関器出力と比較されるかを例示するグラフである。
【００１４】
【図１１】一実施例に従って、相関ユニットのブロック概略図である。
【００１５】
【図１２】一実施例に従って、微分プリプロセッサのブロック概略図である。
【００１６】
【図１３】一実施例に従って、微分プリプロセッサのブロック概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書は、新規と見なされる本発明の一実施例の特徴を定義する特許請求の範囲で結論付けるが、そのような実施例は、本明細書を図面と併せて考察することによって、よりよく理解できるであろうと考えられる。必要要件として、詳細な実施例が本明細書に開示されるが、開示される実施例は例示に過ぎず、さまざまな形態で実施することができることが理解されるであろう。たとえば、本発明は、多くの他の実施例の中で、半導体デバイスもしくは製品として、回路として、または、半導体デバイスもしくは回路を構成する方法を含む、方法として、実施することができる。本明細書に開示する半導体製品およびデバイスは、従来の技術を用いて作製することができ、また、集積された回路の配置もしくは個別の回路の配置、または両方を含むことができる。したがって、本明細書に開示する具体的な構造および機能の詳細は、制限するものとして解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の根拠として、また、当業者が本発明を実質的にあらゆる適切に詳述された構造でさまざまに採用するための教示のための代表的な根拠として解釈されるべきである。さらに、本明細書に使用する用語および語句は、制限することを意図しておらず、むしろ、本発明の分かりやすい説明を提供することを意図する。
【００１８】
超音波距離測定システムにおいて、超音波音響波は、送信点と、送信点またはその近くで検出される音響反射またはエコーを生成する物体との間の距離を判定するために使用される。エコーの送信と受信との間の時間は、エコーを生じさせた物体までの距離を示す。いくつかの適用例において、ドップラー偏移による周波数の変化を検出することができ、エコーが発生した瞬間に距離の変化の速度を示す。そのようなシステムおよび製品は、多種多様の用途においてますます導入されるようになっており、たとえば、車両での用途が含まれる。超音波距離測定は、たとえば、駐車支援ならびに衝突防止および警報等の目的のための自動車の用途において適用することができる。そのような技術を採用する車両の数の増加に伴い、互いに近接する音響における複数の送信機の存在によって生じる干渉に起因する問題に対処するよう配慮しなければならない。本実施例は、各送信機に対して一意の変調符号を使用することによって、また、一意に変調された信号のエコーを検出するために、相関器および基準信号発生の技術を使用することによって、クロストークよって生じるノイズならびに自己相関ノイズの問題に対処する。相関器は、受信信号の状態を一意の変調パターンと継続的に比較して、現在の信号の状態と一意の変調パターンとの間の相関度を示す相関信号を発生する。相関器出力信号と比較される信頼基準レベル信号を発生させるために、平均化処理および修正処理が相関器出力信号に適用される。相関器出力信号のピークが、所定の量だけ、信頼基準レベルを超えた場合、送信された信号のエコーは検出されており、さらなる処理が、エコーを発生した物体までの距離、距離の変化の速度、およびその他を判定することができる。
【００１９】
図１を参照すると、一実施例による車両の適用例の動作環境１００が示される。第１の車両１０２は、さまざまな異なる方向における距離測定を行うための複数の超音波測定モジュール１０４，１０６，１０８，１１０を有する。モジュールは、中央制御装置１１２によって連係および制御することができる。それぞれのモジュールは、電気信号を超音波送信信号に変換するため、ならびに超音波エコーを受信して、エコーを発生する物体までの距離を判定するためにそれぞれのモジュールによって処理されるように、入射エコーおよび他の受信された超音波信号を電気信号に変換するために、音響送信機回路および受信機回路と、送信機および受信機に結合された音響変換器とを含むことができる。したがって、モジュール１０４，１０６，１０８，１１０のそれぞれは、超音波音響波１１４，１１６，１１８，１２０を、示される方向にそれぞれ送信する。互いの干渉を軽減し、かつ近接検出の適時の測定を提供するために、モジュールのそれぞれは、異なる変調パターンまたは符号を割り当てられる。複数の異なる符号の使用は、同じまたは同様の超音波周波数で同時に動作することができる一連のモジュールの使用を可能にすることができる。これは、それぞれのモジュールがその独自のパターンを区別することができるため、測定の繰り返し率を大幅に高める。符号は、選択された搬送波周波数で電気搬送波を変調するために使用される。搬送波周波数は、通常、超音波領域内に存在し、変調された電気信号を対応する音響信号に変換するモジュールによって使用される変換器の周波数応答に基づいて、特に選択され得る。モジュールは、送信された超音波信号の変調で符号化された割当符号で、変調されたバーストを発生する。エコーを検出するために、それぞれのモジュールは相関技術を使用して、そのモジュールの変調された信号のエコーを受信したかどうか、およびいつ受信したのかを判定する。符号化変調の使用は、それぞれのモジュールが独自の一意に符号化された信号によって発生するエコーを検出することができるため、単一の車両上の複数の送信機が同時に動作することを可能にする。さらに、車両１２２等の近接する車両もまた、音響波１２４を変調するために、実質的に一意の符号を用いて動作することができる。他の車両のモジュールを含む、それぞれのモジュールは、実質的に一意の変調符号を使用するため、各モジュールのそれぞれの相関ユニットは、異なる符号を有する他のモジュールからの信号を受信しながらも、そのそれぞれのエコーを検出することができる。
【００２０】
図２は、一実施例による、超音波音響測定システムにおいて使用するために変調された搬送波の変調ダイアグラム２００を示す。変調パターン２０２は、実質的に一意の符号を示すＮビットのビット列とすることができる。変調パターンは、各送信バーストの前に選択することができ、または動作が開始すると割り当てられるパターンであってもよく、または製造時に割り当てられる、または別の方法で、必要に応じて調整可能とすることができる。図２に示されるように、変調パターンは、デジタル符号に対応する１および０のデジタルビット列に対応する。変調パターンは、変調搬送波パルス２０４を発生させるように、電気搬送波を位相変調するために使用され、変調搬送波パルス２０４は、変調された搬送波の経時的な相対振幅を、ボルトまたはデシベルで示す。搬送波は、たとえば３９ｋＨｚ等の、超音波領域内の周波数を有することができる。ここで搬送波パルス２０４内に示される変調方式は、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）である。上述のとおり、振幅位相偏移変調（ＡＰＳＫ）等のような、他の形態の位相変調を使用することもできる。変調パターンは、ウォルシュ符号またはゴールド符号等の符号集合として知られているように、相互相関および自己相関ノイズを最小限にするために選択または生成することができる。
【００２１】
図３は、モジュール３０１および制御装置３１８を含む、ブロック回路図の概略図３００を示す。これらの要素は、図１のモジュール１０４，１０６，１０８，１１０、および制御装置１１２の要素のそれぞれに類似する可能性があり、半導体製品、デバイス、または回路の構成要素として実現することができ、そのような製品、デバイス、および回路を形成する方法によって製造または形成することができる。モジュール３０１は、複数の符号の中から変調パターンもしくは変調符号を選択、または別の方法で、提供もしくは生成し得る、変調パターンセレクタ３０２を備える。複数の符号は、局所的に保存することができる。代替的には、変調パターンセレクタは、モジュールの製造の時点で割り当てられ得る、静的符号または固定符号とすることもできる。変調符号は、送信機３０４に提供され、送信機３０４は、バースト内の選択された超音波周波数で電気搬送波を変調し、得られる変調された信号内で変調符号を符号化する。信号制御装置３０６は、パルスまたはバーストタイミングを制御し、同時に変調器３０８は、付与された変調符号に応じて搬送波を変調する。変調された信号は、変換器３１０へ出力（３０７）される。変換器は、圧電セラミック変換器とすることができ、変調器によって使用される超音波周波数領域に対応する周波数応答を有するように、またはその逆となるように、通常、選択される。変調された信号が変換器に付与されると、変換器は、変調されたバーストに、時間、および経時的な相対振幅で対応する、音響信号３０９を発生する。物体が十分に範囲内にある場合、物体は、送信された超音波信号を反射することによって、超音波音響エコー信号３１１を発生する。エコー信号はまた、変調器によって使用される代表的な変調パターンの形態を有する、送信された信号にも実質的に対応することができる。
【００２２】
反射エコー３１１は、変換器３１０に到着し、それによって変換器は対応する電気信号を生じさせるかまたは発生し、この電気信号は、受信機３１２の受信機入力３１３に提供される。受信された信号は、復調器３１４によって処理される。復調器出力は、相関検出ユニット３１６に提供される。後続の図を参照してさらに詳細に説明されるように、相関検出ユニットは、変調パターンを復調器出力と相関して、相関器出力信号によって示される相関度に基づいて、信頼基準レベルを発生する。相関器出力信号は、送信されたパターンに対応するパターンを有するエコーの受信を示す相関ピークを識別するために、ピーク検出のために信頼基準レベルに比較される。復調器出力が、相関器出力信号の信頼基準レベルとの比較によって示されるように、変調符号と十分に相関する場合、相関検出ユニット３１６は、エコー検出の指示を制御装置３１８に提供する。制御装置は、エコーを発生した物体までの距離を判定するために、エコーの送信の時間と受信の時間との間の時間的差異を判定することができる。さらに、受信機３１２は、受信信号と送信信号との間の周波数の差異に基づいて、受信信号におけるドップラー偏移の量を判定して、制御装置３１８にドップラー偏移の量を示すことができる。次いで制御装置は、駐車支援および衝突防止等の用途のために、バス３２０を介してシステムの他の構成要素と通信することができ、そのような用途によって所望することができる時間的情報および他の情報を提供する。
【００２３】
相関検出ユニット３１６は、受信信号の現在の信号状態を、送信された変調符号と相関する相関器を備える。相関器は、現在の信号状態と変調符号との間の相関のレベルを示す相関器出力信号を発生する。現在の信号状態は、受信信号のサンプル時間値をバッファ内にシフトして、各時間間隔で相関を行うことによって維持される。障害物の検出は、相関器出力信号内に、信頼基準レベルに対して十分に高いピークが存在するときに生じる。他の、より小さいピークが、十分な相関を示す高いピークの前および後に生じる可能性がある。符号は、自己相関および相互相関の影響を最小限にするように選択することができるが、これらの、より小さいピークは、自己相関および相互相関ノイズによってもたらされるものである可能性がある。自己相関ピークは、有効な障害物の検出を表さず、抑制される必要がある。同様に、相互相関ピークも、有効な障害物の検出を表さない。相互相関ノイズは、別のモジュールによって発生した信号が、受信モジュールによって使用される変調符号と実質的に相関する場合に生じる。相互相関ノイズの振幅は、他のモジュールによって使用される符号に依存する。相互相関ノイズを低減するために実質的に一意の符号を選択するにもかかわらず、相互相関ピークが生じる可能性があり、これは、従来の技術を用いると、誤検出を生じさせる可能性がある。本発明は、受信信号の自己相関のシフトの状態が送信された符号と一致するときに発生するピークの検出を可能にする一方、自己および相互相関ノイズの両方のピークを実質的に抑制して、障害物の誤検出を実質的に排除する。したがって、それぞれのモジュールは、相互相関および自己相関ノイズの両方の影響を抑制するために、本明細書に教示される実施例に従って相関検出を行う手段を備える。具体的には、それぞれのモジュールは、受信信号のノイズレベルに対応する信頼基準レベル（ＣＲＬ）を展開し、信頼基準レベルは、送信された変調符号と受信信号との間の十分な相関の検出のために使用される。相関器出力の、ＣＲＬへの比較は、所与の距離に障害物が存在するという可能性のある信頼の判定を容易にする。ＣＲＬの振幅は、超音波測定チャネルの質に影響を及ぼす背景ノイズレベルの表れである。
【００２４】
図４は、一実施例による、相関検出ユニット３１６等の例示的な相関検出ユニット４００のブロック回路図の概略図を示す。本図面は、相関検出ユニット３１６の、より詳細な一例を提供する。相関器４０２は、受信機からの入力４０１を受け取り、この入力４０１は、復調器３１４によって出力されるデジタルストリームまたはシーケンスの形態である。相関器は、それぞれの信号状態（たとえば、位相または二進数）が時間設定されたシーケンス内で生じ、かつ相関器は、それぞれの信号状態を、相関器内のシーケンシャルレジスタ内にシフトすることができる、従来の相関器とすることができる。それぞれのビット周期で、シーケンシャルレジスタの内容は、変調符号セレクタ３０２によって提供または選択される変調符号４０９との相関度を判定するために、相関器によって処理することができる。相関器は、それぞれのビット周期で、入力と変調符号との間の相関を示す相関器出力信号４０３を提供する。相関器出力信号４０３は、信頼基準レベル生成ユニット４０４に提供される。信頼基準レベル生成ユニット４０４は、一般に、相関器出力の条件付平均に基づく信号である、信頼基準レベルを生成または発生させる。
【００２５】
条件付平均は、平均化処理の使用に加えて、さらに、相互相関および自己相関ノイズを抑制するために修正処理を使用する。条件付平均は、ピーク抑制を用いることによって、または平均化の前の微分を使用することによって、等を含む、さまざまな方法で生成または発生させることができる。ピーク抑制は、第１の平均化処理をピークの基準として使用し、かつ第１の平均を超えるピークを抑制して、ピークを検出することによって相関器出力信号を修正し、ピーク抑制平均がもたらされ、ピーク抑制平均は、次いで第２の平均化処理によって平均化される。微分は、信頼基準レベルを発生するために、平均化する前に相関器出力信号に微分処理を適用する、相関器出力を修正する。信頼基準生成ユニット４０４は、相関器出力信号４０３に由来する信号４０７を、ピーク検出器４０６による信頼基準生成ユニットの出力４０５との比較のために、ピーク検出器４０６に提供する前に、採用される実施例に依存して、相関器の出力を修正する、または未修正のまま残すことができる。したがって、相関器出力信号４０３に由来する信号４０７は、ピーク検出器４０６に直接送られる相関器出力信号とすることができ、または、ピーク検出器４０６に供給される前にさらに処理することができる。信頼基準レベル発生器または生成ユニット４０４は、相関器出力信号４０３上で行われる平均化および他の演算に由来する動的電気信号レベルである、信頼基準レベル４０５を生成する。ピーク検出器４０６は、受信信号４０１の現在の信号状態と変調符号４０９との間の十分な相関度を示す、相関器出力のピークを識別するために、相関器出力信号４０３に由来する信号４０７を、信頼基準レベル４０５と比較し、変調符号４０９を使用して、送信された信号のエコーの検出をしかるべく指示する、出力４０８を提供する。信頼基準レベル生成ユニット４０４は、信頼基準レベル４０５を発生するために、相関器出力内のピークを抑制することによって、または微分処理によってのいずれかの、相関器出力における相互相関および自己相関ノイズの影響を抑制することを意図する方法で、相関器出力を処理する。相関器出力信号４０３が修正および平均化されるとすぐに、信頼基準レベルを作り出すために、事前選択された係数または量によってスケールアップすることができる。相関器出力信号を修正および平均化することによって、信頼基準レベルは通常、相関器出力信号の平均をたどることになる。ピーク検出器４０６は、相関器出力信号におけるピークを、相関器出力信号（または相関器出力信号に由来する信号）４０７が信頼基準レベル４０５を十分に超え、受信信号の現在の信号状態が変調符号を含むことを示す期間として検出する。いくつかのピークは、相互相関および自己相関ノイズによるものである場合がある。したがって、ピーク検出器は、相互相関および自己相関ノイズによって生じたピークよりも、信頼基準レベルを超えてより高くなり得る、送信された信号のエコーによって作り出されたピークを判定するために、所定の基準を使用する。
【００２６】
図５は、信頼基準レベルを発生するためにピーク抑制を用いる一実施例による、相関ユニット５００のためのブロック概略図を示す。相関ユニット５００は、相関検出ユニット３１６の実施例の一例であり、相関器４０２と実質的に同じとすることができる、相関器５０２を備える。種々の線が、参照番号に加えてＡ〜Ｅで表示され、表示Ａ〜Ｅは、図６および図８〜図１０において示される例示的な信号を参照するために使用される。相関器５０２は、処理され、かつ変調符号セレクタ５０４によって提供される符号と比較される、信号５０１を受け取る。入力信号は、復調器３１４等の復調器のデジタル出力とすることができる。相関器５０２は、信頼基準生成ユニット５０５およびピーク検出器５１２に提供される、信号「Ａ」とも表示される、相関器出力信号５０３を形成する。相関器出力信号５０３は、入力信号の現在保存されているタイムスライスの、提供された符号との相関度を示す。ビット間隔ごとに復調器は、相関器レジスタ内にシフトされる次のビットを生成し、その後最も古いビットはシフトアウトされる。
【００２７】
本実施例では、信頼基準生成ユニット５０５は、第１のアベレージャ５０６、ピークモディファイア５０８、および第２のアベレージャ５１０を備える。第１のアベレージャ５０８は、線５０７上でピークモディファイア５０８に出力される相関平均「Ｂ」を形成する。第１のアベレージャ５０６は、窓アベレージャとすることができ、窓アベレージャは、現在の時間の相関信号の値から開始して、相関信号を指定の時間窓にわたって平均化する。つまり、相関器が復調器から出力されたビットをシフトレジスタに保存するのと同様に、相関器出力の値は、いくつものビット間隔にわたって同じく保存されて、第１の平均５０６によって平均化することができる。相関平均「Ｂ」５０７は、ピークモディファイア５０８に供給される。ピークモディファイアは、第１の事前選択された基準を使用して、相関器出力信号「Ａ」５０３における相関平均「Ｂ」５０７を超えるピークを判定するために、相関出力信号「Ａ」５０３を、相関平均「Ｂ」５０７と比較する。第１の事前選択された基準は、たとえば、相関平均「Ｂ」５０７を事前選択された係数によってスケーリングして、相関器出力がスケーリングされた相関平均を超えるかどうかを判定することができ、さらに、相関器出力がスケーリングされた相関平均を超える度合い等を考慮することも含むことができる。検出された任意のピークが、ピーク抑制相関信号「Ｃ」５０９を形成するために、ピークモディファイア５０８によって抑制される。ピークは、ピーク値をスケールダウンする、ピーク値を事前選択されたレベルに設定する、ピーク値を現在の相関平均「Ｂ」５０７に比例する値に設定する、およびその他によって抑制することができる。ピーク値に異なる値を設定することは、相関器出力「Ａ」５０３の現在の値が、第１の事前選択された基準分だけ、相関平均「Ｂ」を超えているかどうかを判定して、ピーク値を異なる値で置換することを含む。相関器出力「Ａ」５０３が、第１の事前選択された基準分だけ、相関平均を超えない場合、単に、修正されずに通過する。したがって、ピーク抑制相関信号「Ｃ」は、ピークを抑制されてはいるが、本質的に相関器出力信号の複製である。ピーク抑制相関信号５０９は、ピーク抑制相関平均「Ｄ」５１１を形成するために、第２のアベレージャ５１０に入力される。第２のアベレージャ５１０は、第１のアベレージャ５０６のように、窓アベレージャとすることができる。ピーク抑制相関平均「Ｄ」５１１は、ピーク検出器５１２に入力され、ピーク検出器５１２は、第２の事前選択された基準に従って、相関器出力信号「Ａ」５０３をピーク抑制相関平均「Ｄ」５１１と比較する。相関器出力信号「Ａ」５０３が、第２の事前選択された基準分だけ、ピーク抑制相関平均を超えると、ピーク検出器は、ピーク検出出力「Ｅ」５１３で、ピーク検出の指示を形成する。相関器出力をピーク抑制相関平均５１１と比較することによって、相互相関および自己相関ノイズが誤検出を生じさせる傾向を、実質的に排除しないにせよ、大いに低減することができる。
【００２８】
図５の回路の初期動作で、さまざまな要素をゼロの値から開始することは、性能への有害作用を有する場合がある。そのような初期設定の問題を回避するために、初期値５１４をアベレージャ５０６内およびアベレージャ５１０内に入力することができる。また、任意の回路要素で受け取った第１の値は、回路要素を導入するために使用することができることも意図される。別の代替では、アベレージャは、アベレージャによって保存された値の選択された数にしたがって、実際に受け取った値のみを平均化する場合がある。たとえば、アベレージャが現在の値を４つの直近の値とともに平均化する場合、最初の５つの値を受け取ると、アベレージャはまず１番目に受け取った値を平均として使用し、次に受け取った値は２番目に受け取った値と平均化される、等々となって、アベレージャが５つの直近の値を平均化するまで続き、より古い値はアベレージャの、シフトレジスタである、窓レジスタから押し出される。
【００２９】
図５の回路要素は、たとえば、汎用のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、個別論理回路、これらの組合せ、およびその他などのような半導体デバイス内に、本明細書に説明される機能性による、適切な命令コードと併せて、実装することができる。同様に、機能性もまた、純粋にハードウェアの実施例において実施することができる。受信信号５０１は、知られているように、個別の時間間隔で生じる個別の値を有する、デジタル信号とすることができる。信号のための、それぞれの新しい値またはビットが受信されると、それらは相関器のシフトレジスタ内にシフトすることができ、次いで、前値に含まれる新しい値を用いて、相関演算が行われ得る。第１のアベレージャ５０６および第２のアベレージャ５１０は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタとして、所望の平均化効果を達成するために、適切な遅延要素を用いて実装することができる。
【００３０】
図６〜図１０は、図５に表示される通りの信号Ａ〜Ｅを表すさまざまなグラフを示す。示される具体的な例は、説明することを意図しており、したがって簡略化し、実際の信号を示すものではない。グラフ図は、すべて経時的な信号振幅をグラフ化したものである。振幅は、ボルトまたは任意の他の適切な物理単位を表す。グラフ化された信号は、Ａ〜Ｅで表示され、これらのＡ〜Ｅは、図５内の同じ表示に対応しており、特定の例のために明らかになるであろう特定の信号が、図５の回路内のどの場所にあるかを示す。信号のさまざまな特徴は、例示の目的のために、尺度で誇張される場合がある。さらに、グラフ内に表される信号は、音響距離測定回路の受信機および相関ユニット内に表されるかもしれないように信号を示すが、音響距離測定回路は、変調符号セレクタ５０４によって提供される変調符号で符号化された、最近送信された音響パルスのエコーを聞く（受信する）ものである。
【００３１】
図６は、一実施例による、例示的な相関器出力信号６０２、および相関平均６０４のグラフ図６００を示す。相関器出力信号６０２は、信号５０１等の入力信号と、変調符号セレクタ５０４からの変調符号とを相関することによって作り出すことができる、相関器５０２等の相関器の例示的な出力を表す。仮想の相関器出力信号６０２は、いくつかのピーク６０６，６０８，６１０，６１２，６１４を含む。より小さいピークは、自己相関ノイズ、相互相関ノイズ、または相関器に提供される変調符号を含むエコー信号の受信の結果である可能性がある。自己相関ノイズは、受信機および相関ユニットが受信信号を処理する時の、受信されたエコーに起因する。相互相関ノイズの原因は、概して異なる変調符号を使用する、他の送信機から音響信号を受信することにある。
【００３２】
相関平均６０４は、相関器出力を、窓６１６等の選択された移動時間窓にわたって平均化することによって形成される。窓は、その期間にわたってサンプルが採取されて、周期的に保存される、選択された時間の期間である。移動平均は、窓の中心等の、計算点の中心の周辺となる可能性がある。窓期間６１６は、図中、例を明確にするために、グラフの中央に示される。窓は一般に、直近に獲得または作り出されたサンプルを含むことを当業者は理解するであろう。それぞれの新しいサンプリング期間またはビット間隔は、新しい値をアベレージャ・レジスタ内にシフトし、アベレージャ・レジスタは、最も古いサンプル値をアベレージャ・レジスタからシフトアウト（削除）して、新しい窓のために新しい平均が計算される。図に示されるように、相関平均６０４は、定数係数等の事前選択された基準によってスケールアップされて、図５の線５０７の値または信号に対応する。示されるように、相関器出力におけるピーク６０６，６１０，６１２，６１４は、少なくとも事前選択された基準分だけ、相関平均を超える。例におけるピーク６１０，６１４は、自己相関または相互相関ノイズによって生じた。スケーリングされた相関器平均が、唯一の基準であるとした場合、ピーク６１０，６１４は、相関器によって使用されている変調符号で送信された音響信号の受信エコーの誤検出をもたらす可能性がある。
【００３３】
図８は、相関器出力６０２、相関平均６０４、およびピーク抑制相関信号８０２のグラフ図８００を示し、ピーク抑制相関信号８０２は、図を明確にするために、下方へ移動させた。ピーク抑制相関信号は、たとえば、ピークモディファイア５０８によって形成される。事前選択された基準分だけ、相関平均を超える相関器出力信号６０２の偏位によって定義される、相関器出力内のピークは、ピークモディファイアによって抑制される。ピークまたはピーク値として識別されない、相関器出力の部分または値は、ピークモディファイアを通過する。結果として、ピーク抑制相関器出力は、ピーク６０６，６１０，６１２，６１４にそれぞれ対応する、抑制されたピーク８０４，８０６，８０８，８１０を有する。図に示されるように、ピークは、単に図示を明確にするために、概して相関器出力の周囲の値よりも低い静的な値に設定することによって、抑制される。ピーク値は、たとえば、ピーク値を相関平均と等しい値に設定する、事前選択されたスケーリング係数によってピーク値をスケールダウンさせる、またはピーク値を静的な値に設定する等、任意のさまざまな技術によって抑制することができる。
【００３４】
図９は、ピーク抑制相関信号８０２およびピーク抑制相関平均９０２のグラフ図９００を示す。ピーク抑制相関平均９０２は、ピーク抑制相関信号８０２を、たとえば第２のアベレージャ５１０によって行うことのできるように、平均化することによって、生成される。ピーク抑制相関平均９０２は、明確化のために、ピーク抑制相関信号８０２からずらして示す。ピーク抑制相関平均９０２は、相関平均６０４よりも平坦である傾向にあるが、これは相関器出力におけるピークが抑制された、または別の方法により、低減されたためである。
【００３５】
図１０は、一実施例に従って、音響距離測定回路によって受信された信号内のエコーによって生じた相関ピークを検出するために、相関器出力信号６０２を、どのように事前選択された基準に従ってピーク抑制相関平均９０２と比較することができるかを表すグラフ図１０００を示す。ピーク抑制相関平均９０２に付与される、事前選択された基準は、たとえば、スケーリング係数とすることができる。スケーリング係数は、静的とすることができ、またはピーク抑制相関平均９０２の相対振幅によって決定することができる。ピーク検出出力信号１００２は、出力パルス１００４，１００６によって、ピーク６０６，６１２は真の受信エコーとして考えることができることを示す。対照的に、ピーク６１０，６１４は、事前選択された基準分だけ、ピーク抑制相関平均９０２を超えないため、相関ノイズによって作り出されたものだと考えられ、ピーク検出の指示をもたらさない。
【００３６】
図７は、信頼基準レベル７０４と、相関器出力信号７０２におけるピークの最大ピーク値との比較によって決定される確率的な信頼レベルを表す所定の基準に基づいて、どのようにエコーのピークが検出されるかを表すグラフ図７００を示す。ピークは、信頼基準レベル７０４を超える、相関器出力信号７０２の一部として定義される。信頼レベルは、測定された距離（送信の時間によって得られた）に、障害物が存在し、その障害物が、目下検討中の受信信号内に相関器ピークを作り出したという十分な確率を表す。信頼レベルは、信頼基準レベルと相関器出力信号との絶対比較で、または２つの信号の比で、計算することができる。信頼基準レベルと相関器出力信号との間の絶対差または相対的差異を示す所定の基準は、所望の確率に対応して先験的に選択される。所定の基準は、いくつかの干渉送信機および試験用障害物を被試験送信機の近くに配置して、干渉送信機が無作為に選択された符号を送信する間、試験用障害物からのエコーによって生じたピークのピーク値を観察する等の、特定の実施および適用に基づいて、実験的に決定することができる。試験用障害物によって作り出されたピークは、振幅によって識別することができるが、試験用障害物までの距離を知ることによって、および、したがって送信の時間に対して、いつピークが生じるはずかを知ることによっても、識別することができる。相対信頼レベル計算は、ピーク振幅７０８で値７１０を有する、ピーク７０６の最大振幅７０８と、信頼基準レベル７０４との間の比である。絶対信頼レベル計算は、ピーク振幅７１２で値７１０を有する、ピーク７０６のピーク振幅値７０８と、信頼基準レベル７０４との間の差異である、値７１２として決定され得る。したがって、相関器出力信号のピークが、所定の基準分だけ、信頼基準レベルを超える場合、受信信号の現在の信号状態が実質的に変調パターンを含む、十分な信頼レベルが存在することを示し、これは、変調パターンで変調された送信信号のエコーが、現在の時間に受け取られたことをさらに示す。
【００３７】
図１１は、第２の実施例による、相関ユニット１１００のブロック概略図を示す。本実施例は、図５に示される実施例の信頼基準レベルの生成に異なる手段を用いて、複数の異なる信号が送信される時に、異なる変調符号を使用して、実質的に同時に、受信変換器で生成される信号の低周波成分を抑制する。ピーク抑制を使用するよりも、本実施例は、修正平均化の異なる形態を使用する。デジタル化された復調信号１１０１は、相関器４０２と実質的に同じとすることができる相関器１１０２に入力される。相関器１１０２は、入力信号１１０１を、変調符号セレクタ１１０４によって付与された、送信された変調符号と相関する。相関器１１０２の出力は、相関器出力信号の修正平均化の演算を行う、信頼基準生成ユニット１１０５に供給される。本実施例では、相関器出力は、振幅回路ブロック１１０６に供給され、振幅回路ブロック１１０６は、相関器１１０２によって出力された複素数を、実（かつ正）振幅に変換する。微分プリプロセッサ１１０８は、振幅ブロック１１０６と、アベレージャ５０６，５１０と実質的に同じであるアベレージャ１１１０との間に、任意選択で、含むことができる。本実施例の微分プリプロセッサ１１０８は、微分回路を含み、振幅ブロック１１０６によって出力された相関器振幅値の微分演算を行い、さらに、微分された振幅信号を、所定のマスターベクトル値（ｍａｓｔｅｒ  ｖｅｃｔｏｒ  ｖａｌｕｅ）と相関する。微分演算は、デジタル演算とすることができ、デジタル演算は、信号の、数学的な微分（微積分学等の）演算を行うことに類似する。微分プリプロセッサの効果は、受信信号の低周波成分を抑制するのと同時に、ピークを際立たせることである。プリプロセッサの出力は、相関器出力信号に由来する信号として、アベレージャ１１１０に供給される。アベレージャは、プリプロセッサ１１０８の出力の時間窓平均を算出する。アベレージャ１１１０の出力は、スケール平均を出すために、乗算器１１１４によってスケーリングされ、スケール平均は、ピーク検出器１１１８に供給される。乗算器１１１４は、定数スケーリング係数を適用することができ、または、平均の現在の振幅等の、いくつかの状況に依存するスケーリング係数を適用することもできる。ピーク検出器１１１８は、乗算器１１１４によって提供されるスケール平均を、アベレージャ１１１０に提供される信号と比較する。アベレージャ１１１０に入力された信号のレベルが、事前選択された基準分だけ、乗算器１１１４の出力レベルを超える場合、ピークは検出されて、ピーク検出器の出力１１２０で示される。ピーク検出のための基準は、本明細書に説明されるように、図７に示される基準と実質的に同様である。
【００３８】
図１２は、一実施例による、微分プリプロセッサ１１０８の概観１２００のブロック概略図を示す。図１１の振幅ブロック１１０６の出力は、非線形微分器１２０２に供給される。非線形微分器１２０２は、微分演算を行い、微分演算は、低周波信号成分を抑制し、振幅ブロック１１０６によって提供される相関器振幅信号におけるピークを際立たせる傾向にある。非線形微分器１２０２の出力は、第２の相関器１２０４に提供され、第２の相関器１２０４は、非線形微分器１２０２の微分出力を、第２のマスターベクトル１２０６と相関する。第２のマスターベクトルは、概して、変調符号として使用される第１のマスターベクトルとは異なる、微分された理想的なピーク応答に由来する、所定のデジタル符号またはシーケンスである。理想的なピーク応答は、対象の送信された信号内で使用される変調符号に基づく。第２の相関器１２０４の出力は、アベレージャ１１１０に提供される。
【００３９】
図１３は、一実施例による、微分プリプロセッサ１１０８の詳細ブロック概略図を示す。プリプロセッサ１１０８は、第１の低域通過フィルタ１３０２で、振幅ブロック１１０６からの信号を受信する、非線形微分器１２０２を含む。低域通過フィルタは、形式Ｈ（ｚ）＝Σａｎ＊Ｚ−ｎを使用して実現することができ、ここでＨ（ｚ）は、現在の信号状態の値であり、Ｚ−ｎは、前の信号状態の値を表す。第１の低域通過フィルタ１３０２のフィルタ出力１３１２は、形式Ｈ（ｚ）＝１−Ｚ−１を使用して実行することができる微分器１３０４に入力される。微分器１３０４は、中間微分信号１３１４を生成し、中間微分信号１３１４は、整流微分信号１３１６を生成するために、整流器１３０６が中間微分信号の絶対値演算を行うことによって整流され得る。次いで整流微分信号は、積信号１３１８を生成するために、乗算器１３０８を介して、第１の低域通過フィルタ１３０２の出力と乗算される。積信号１３１８は、第２の低域通過フィルタ１３１０によってフィルタ処理される。第２の低域通過フィルタ１３１０の出力１３２０は、非線形微分器１２０２によって第２の相関器１２０４に提供される微分信号である。第２の低域通過フィルタ１２０４は、第１の低域通過フィルタ１３０２と同じ形式を有することができる。
【００４０】
本明細書に説明されるように、本発明の実施例は、多数の構成で実施することができる。一実施例は、既知のパターンと受信信号との間の相関の現在のレベルを示す相関器出力信号を形成する相関器を有する半導体デバイスを含むことができることが、当業者は認識するであろう。半導体デバイスは、相関器出力信号に由来する信号の修正平均に基づいて信頼基準レベルを形成する信頼基準レベル発生器と、相関器出力に由来する信号が、受信信号の現在の信号状態が既知のパターンを含むことを示す第１の所定の基準分だけ、信頼基準レベルを超えると、相関器出力に由来する信号を信頼基準レベルと比較して、ピーク検出の指示を形成するピーク検出器とをさらに含む。修正平均は、相関器出力信号または相関器出力信号に由来する信号を修正して、修正された相関器出力信号を形成するために、相関器出力信号におけるピークを抑制し、次いで修正された相関器出力信号に平均化処理を行うことによってもたらされる。
【００４１】
別の実施例は、既知のパターンと受信信号との間の相関の現在のレベルを示す相関器出力信号を形成するために、半導体デバイスを構成することと、相関器出力信号に由来する信号の修正平均に基づいて信頼基準レベルを形成するために、半導体デバイスを構成することと、相関器出力信号に由来する信号が、第１の所定の基準分だけ、信頼基準レベルを超える場合に、ピーク検出の指示を形成するために半導体を構成することと、を含む、半導体デバイスを形成する方法が提供されることを含むことができることを、当業者はさらに理解するであろう。
【００４２】
さらに、本発明の実施例は、復調信号を形成するために、超音波変換器から受け取った受信信号を復調する復調器と、事前選択された変調パターンと復調信号との間の相関の現在のレベルを示す相関器出力信号を形成する相関器と、そこで受信信号における事前選択された変調パターン以外の変調パターンの存在によってもたらされる相互相関ノイズ、および相関器出力信号における事前選択された変調パターンによってもたらされる自己相関ノイズが抑制される、相関器出力信号に由来する信号の修正平均に基づいて信頼基準レベルを形成する信頼基準レベル発生器と、相関器出力に由来する信号を、信頼基準レベルと比較して、相関器出力に由来する信号が、変調符号を用いて送信された信号のエコーが受信された、所望の信頼レベルを示す第１の所定の基準分だけ、信頼基準レベルを超える場合に、ピーク検出の指示を形成するピーク検出器と、を含む、障害物検出デバイス等のデバイスを含むことができることを、当業者は理解するであろう。
【００４３】
本発明は、本発明の精神またはその本質的な特性から逸脱することなく、他の形態で実施することができる。したがって、本発明の範囲を示すものとして、以上の本明細書よりも、以下の特許請求の範囲を参照するべきである。
【符号の説明】
【００４４】
４０１    受信機からの入力（受信信号）
４０２    相関器
４０３    相関器出力信号
４０４    信頼基準レベル生成ユニット
４０５    出力(信頼基準レベル)
４０６    ピーク検出器
４０７    相関器出力信号（相関器出力信号に由来する信号）
４０８    出力
４０９    変調符号
５０２    相関器
５０５    信頼基準生成ユニット
５０６    第１のアベレージャ
５０８    ピークモディファイア
５１０    第２のアベレージャ
５１２    ピーク検出器
１１０２  相関器
１１０４  変調符号セレクタ
１１０６  振幅回路ブロック
１１０８  微分プリプロセッサ
１２０２  非線形微分器
１２０４  第２の相関器
１２０６  第２のマスターベクトル
１３０２  第１の低域通過フィルタ
１３０４  微分器
１３０６  整流器
１３０８  乗算器
１３１０  第２の低域通過フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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