超声波液位计基于DSP的探讨 二十三

5．DSP的算法设计

由第二章的叙述可以知道本课题设计的超声波液位计的回波信号不适合采用模拟信号的处理方法来判断超声波回波信号的首波。超声波回波的首波到达时间的判断对超声波液位计测量精确度的影响很大，对于本课题所选择的串联谐振为40KHz的超声波换能器，如果将第二回波误认为首波，则将产生8mm的误差，以此类推，将第n个回波误认为是首波，则产生的误差。

如上所述，在本课题中选择数字信号处理方法。数字信号处理的任务是从信号中提取所需要的信息，并将其用于实际，本课题中实际研发过程中用到的数字信号处理的部分是：(1)设计数字滤波器对采集到的信号进行数字滤波；(2)实现互相关算法将处理过的信号和基准信号进行互相关运算，得出距离信息．

5．1互相关算法

5．1．1互相关检测法

两个变量之间若存在一一对应的确定关系，则称两者存在着函数关系，若是随着某一个变量数值的确定，另一个交量却可能取得许多不同的值，二者的取值之间存在一定的概率统计规律，则认为两个变量之间存在相关关系。互相关函数用于描述两个信号之间的相互关系，相关检测技术是基于信号和噪声的统计特性进行检测的。从本质上来说，相关函数代表的是两个时域信号相似性的一种指标。

相关检测的核心功能就是检测两个时间信号的相似性，其主要应用包括以下三个方面：(1)从噪声中提取信号，利用的是有用信号与某一特定信号的相关性，而该假定特定信号与随机噪声之间没有相关性(其互相关函数为O)；(2)渡越时间检测，若是两路信号在时间域内具有时间延迟特性，则利用互相关函数在该延时处取得最大值的特性，可以由该峰值位置测量出延时时间的大小；(3)系统辨识以及其他领域。本文利用的就是第二个功能，检测超声波回波在时间轴上的时间延迟。实验和超声波换能器振动理论均表明超声波回波信号有两个重要特点㈣：(1)相关性，对同一装置和同一对象，超声波回波信号随着探测距离的改变只有强弱的变化，而波形变化不大，也就是说回波信号之间是具有很好的相关性的；(2)窄带性，因为超声回波信号是以探头谐振频率为主频率的衰减震荡信号，所以信号的频率主要分布在以换能器的谐振频率为中心的一个较窄的频域上．根据这些特点，可以采用的数字信号处理方法为互相关。

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 超声波流量计