LFM發生器及其在超聲波TDOA測量中的應用

鮑正祥，李洪海，趙正敏

(1.淮安信息職業技術學院，江蘇 淮安 223003;2.淮陰工學院電子與電氣工程學院，江蘇 淮安 223003)

0 引言

超聲波信號TDOA(Time Delay Of Arrival)或TOF(Time of Flight)的相關估計中，LFM(Linear Frequency Modulation)信號是一種簡單有效的激勵信號。盡管LFM信號不像PRBS及混沌信號一樣可以很好地克服Cross－talking，但它不需要調制，可以基帶傳輸，不僅傳輸效率高，而且相關函數的主副瓣幅度差別明顯，所以在單組超聲波傳感器應用中經常采用，但大功率高頻正弦驅動較難實現。事實上，超聲波發生器可以看成一個中心頻率為其特征頻率的帶通濾波器，可以采用離散方波LFM(Digital Rectangular LFM－DRLFM)驅動，不僅可以實現大功率驅動，利用文獻［7］提出的遞推算法，還可以進一步提高其計算速度。

DRLFM可以通過將正弦LFM信號和參考信號進行比較獲得，但對基于可編程器件的DDFS來說，這并不是唯一的方法。在可編程器件中，高速數字比較器不僅易于實現與調試，而且性能穩定可靠。本文介紹一種基于DDFS的全數字DRLFM的產生電路，比較正弦LFM信號與離散方波LFM的相關函數及頻譜特性，分析DRLFM用于TDOA估計的可行性，介紹信號產生電路結構及通過可編程器件實現的方法，最后通過實驗驗證方案的可行性。

1 TDOA估計中LFM激勵信號

1.1 基于超聲波激勵的TDOA估計

以直射式超聲波發射與接收器件組為例，分析超聲波傳輸過程及其TDOA估計。超聲波信號傳輸一般包含超聲波換能器激勵、超聲波傳輸及超聲波信號拾取等過程，其傳輸過程可以用圖1所示的模型描述。

圖1 TDOA估計中超聲波信號的傳輸