彭映成，钱　海，黎小毛，朱宝良

(1．清华大学精密仪器与机械学系，北京　100084；2．西北核技术研究所，陕西西安　710024)

0　引言

在超声测距中，常用的方法是超声走时法。即用超声频脉冲激励超声波换能器，使之向外界发射超声波，并接收从被测物体反射回来的超声波(简称回波)，测量原理如图1所示。通过检测从发射超声波至接收回波所经历的时间段(射程时间)，即可计算超声波换能器与被测物体之间的距离。即：

(1)

式中：d为超声波换能器与被测物体之间的距离；c为空气中的声速；TOF为射程时间。

图1　超声测距原理图

为了准确得到被测目标的距离，关键在于获得超声信号的准确走时和被测环境的声速。获取超声信号走时一般采用首波到达时间法。

在这种方法中，由于超声换能器的机械惯性，其发射超声波起振是逐步由小到大，首波信号的幅值很小，并且随测量距离的变化而改变，采用阈值判断首波时阈值大小难以确定。

为了解决这个问题，提出了许多解决方法，如提取回波包络线的算法[1]，该方法采用提取回波包络前沿的计算方法；可变阈值鉴幅法[2-3]通过使阈值随射程时间的延长而呈指数形式递减；时间-增益可变的接收电路法[4]，该方法设计的接收电路的放大倍数随射程时间的延长呈指数形式递增。第一种方法测量精度不高，后两种可以较准确测出目标距离，但需要设计较复杂的接收电路。为了简化设计，提高测距精度，文中提出一种基于时间互相关算法的超声测距信号获取方法，以满足较高精度的超声距离测量。……