WO2022260031A1 - 音波処理装置、および超音波システム - Google Patents

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崇浩 坪井
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ローム株式会社
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    • G01S7/536—Extracting wanted echo signals

Definitions

  • the present disclosure relates to a sonication device and an ultrasound system.
  • waveform data reference wave data
  • correlation convolution processing is performed based on the reference wave data and the actually received signal.
  • a method for emphasizing the reflected wave is also called a pulse compression method, and can improve the S/N ratio.
  • the pulse compression method is described in Patent Document 1, for example.
  • in-vehicle clearance sonars have recently been used in an increasing number of vehicle types and purposes, and interference from ultrasonic waves transmitted from other sonars has become a problem.
  • the present disclosure aims to provide a sound wave processing device that achieves self-wave identification with an effective configuration.
  • the sonication device includes: a transmission signal generator that generates a transmission signal for transmitting sound waves; a received wave signal output unit that outputs a received wave signal based on the received wave of the sound wave; a correlation convolution integration processing unit that performs correlation convolution integration processing in parallel for each of the reference wave data based on the received wave signal and a plurality of reference wave data; A self wave for determining whether a received sound wave is a reflected wave of the sound wave transmitted by the transmission signal generation unit, based on the correlation convolution integral value output from the correlation convolution integration processing unit. an identification unit; It is configured to have
  • self-wave identification can be realized with an effective configuration.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a vehicle equipped with an ultrasonic system and an object.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of correlation processing.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of correlation processing.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a reception processing unit according to a comparative example;
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a vehicle equipped with an ultrasonic system and an object.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of correlation processing.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of correlation processing.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an ultrasound system according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a specific configuration example of the correlation processing section and the correlation processing value summation section.
  • FIG. 9 is a table showing an example of maximum correlation values.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing how a vehicle equipped with an ultrasonic system moves.
  • FIG. 11A is a diagram showing a received wave signal as a simulation result according to the comparative example (when the vehicle is stopped).
  • FIG. 11B is a diagram showing correlation convolution integral values of simulation results according to the comparative example (when the vehicle is stopped).
  • FIG. 11A is a diagram showing a received wave signal as a simulation result according to the comparative example (when the vehicle is stopped).
  • FIG. 11B is a diagram showing correlation convolution integral values of simulation results according to the comparative example (when the vehicle
  • FIG. 12A is a diagram showing a received wave signal as a simulation result according to a comparative example (during vehicle movement).
  • FIG. 12B is a diagram showing correlation convolution integral values of simulation results according to the comparative example (during vehicle movement).
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an ultrasound system according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an example in which a vehicle is equipped with a plurality of ultrasonic systems.
  • the ultrasonic system according to the embodiment described below is assumed to be installed in a vehicle as an example, and measures the distance between the vehicle and an object to provide an alarm function, an automatic braking function, and an automatic parking function. Can be used for functions, etc.
  • FIG. 1 shows a vehicle 500 equipped with an ultrasound system (not shown) and an object (obstacle) 1000 .
  • the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic system are reflected by the object 1000 and received by the ultrasonic system as reflected waves.
  • reference wave data Dref is prepared in advance.
  • the reference wave data Dref is waveform data of a reflected wave that is expected to be received, and is waveform data of the same frequency as the frequency of the transmitted sound wave.
  • the frequency of the received reflected wave Rs1 shown in FIG. 2 is the same as the transmission frequency. That is, the reflected wave Rs1 is a self wave. Therefore, in the correlation result C1 obtained by the correlation processing of multiplying the reference wave data Dref and the reflected wave Rs1, the correlation processing value is always a positive value as shown in FIG. This increases the convolution integral value obtained by temporally integrating the correlation result C1.
  • the frequency of the received reflected wave Rs2 shown in FIG. 3 deviates from the transmitted wave frequency. That is, the reflected wave Rs2 is a different wave, and the frequency of the reflected wave Rs2 deviates from the frequency of the reference wave data Dref. Therefore, as shown in FIG. 3, in the correlation result C2, there is a period in which the correlation processing value is negative, and the convolution integral value is smaller than in FIG. In this way, self waves and other waves can be discriminated.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the reception processing unit 10 according to the comparative example.
  • the reception processing unit 10 shown in FIG. 4 has an A/D conversion unit 6, a reference wave storage unit 7, a correlation convolution processing unit 8, and a comparator 9.
  • the A/D converter 6 A/D (analog/digital) converts the received wave signal Rsv based on the received ultrasonic waves.
  • the reference wave storage unit 7 stores reference wave data having the same frequency as the frequency of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic system including the reception processing unit 10 .
  • the correlation convolution processing unit 8 has a correlation processing unit 81 and a correlation processing value summation unit 82 .
  • the correlation processor 81 has a buffer (not shown) capable of storing a predetermined number of samples of the received wave signal Rsv converted by the A/D converter 6 .
  • the correlation processing unit 81 multiplies the received wave signal Rsv stored in the buffer and the reference wave data for each sample to calculate a correlation processing value.
  • the correlation processing value summation unit 82 calculates the correlation convolution integral value by calculating the sum of the correlation processing values for each sample calculated by the correlation processing unit 81 .
  • the comparator 9 compares the correlation convolution integral value output from the correlation processing value summation unit 82 with the threshold value Th, and outputs a determination signal Cmpout as a comparison result. When the correlation convolution integral value exceeds the threshold value Th, a determination signal Cmpout indicating that a reflected wave (self wave) based on an ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic system including the reception processing unit 10 has been received is output. .
  • the reception processing unit 10 calculates the correlation convolution integral value while sequentially storing the received wave signal Rsv in the buffer, and compares the calculated correlation convolution integral value with the threshold value.
  • An example of simulation results of the reception processing unit 10 will now be described with reference to FIGS. 5A and 5B and FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 5A and 5B are simulation results when an ultrasonic wave of 58 kHz is transmitted as an example from an ultrasonic system including the reception processing unit 10, and a reflected wave based on the transmitted ultrasonic wave is received.
  • FIG. 5A shows the waveform of the received wave signal Rsv.
  • FIG. 5B shows the correlation convolution processing result based on the received wave signal Rsv.
  • the left side in FIG. 5B shows the case where the reference wave data is 57 kHz
  • the right side shows the case where the reference wave data is 58 kHz.
  • the correlation convolution integral value becomes a waveform that oscillates between positive and negative.
  • FIG. 6A shows the received wave signal Rsv
  • FIG. 6B shows the correlation convolution processing result.
  • the power of the transmitted ultrasonic wave is attenuated before being reflected by the object and received, so the absolute value of the correlation convolution integral value decreases.
  • the amplitudes of the waveforms shown in FIGS. 5B and 6B are reduced.
  • control is required to dynamically change the threshold value Th according to the distance.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an ultrasound system 100 according to the first embodiment.
  • the ultrasonic system 100 has an ultrasonic processing device 1, an ultrasonic transmission/reception device 5, and a transformer Tr.
  • the ultrasonic transmission/reception device 5 is externally connected to the ultrasonic processing device 1 via a transformer Tr.
  • the transformer Tr may not necessarily be provided.
  • the sound wave processing device 1 is a semiconductor device having a driver section 2, an analog front end 3, and a digital processing section 4 integrated on one chip.
  • the driver section 2 has a DA circuit 21 .
  • the DA circuit 21 D/A converts the transmission signal output from the transmission signal generation circuit 41 included in the digital processing unit 4 from a digital signal to an analog signal.
  • the DA circuit 21 is connected to the primary side of the transformer Tr via external terminals T1 and T2.
  • the ultrasonic transmission/reception device 5 is connected to the secondary side of the transformer Tr.
  • the ultrasonic transmission/reception device 5 has a piezoelectric element (not shown) and transmits and receives ultrasonic waves. That is, the ultrasonic transmission/reception device 5 functions both as a sound source and as a reception section.
  • the analog front end 3 (received signal output section) has an LNA (low noise amplifier) 31, an LPF (low pass filter) 32, and an A/D converter 33.
  • LNA low noise amplifier
  • LPF low pass filter
  • A/D converter 33 The primary side of transformer Tr is connected to LNA 31 via external terminals T3 and T4.
  • the output of LNA 31 is input to A/D converter 33 via LPF 32 .
  • the digital processing unit 4 includes a transmission signal generation circuit 41, a register (reference wave storage unit) 42, a correlation convolution processing unit 43, a self wave identification unit 44, a BPF (band pass filter) 45, and an envelope detection. It has a unit 46 , a comparator 47 , a TOF measuring unit 48 and a serial interface 49 .
  • the register 42 stores reference wave data Ref1 to RefN (N: an integer equal to or greater than 2). That is, the register 42 stores a plurality of reference wave data.
  • the reference wave data Ref1 to RefN are waveform data of adjacent frequencies including the frequency of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission/reception device 5 by the transmission signal generation circuit 41 (hereinafter referred to as transmission frequency).
  • the neighboring frequencies include frequencies offset from the transmission frequency by 1 kHz.
  • the reference wave data Ref1 55 kHz
  • Ref2 56 kHz
  • Ref3 57 kHz
  • Ref4 58 kHz
  • Ref5 59 kHz
  • Ref6 60 kHz
  • 1 kHz is an example of the deviation between adjacent frequencies, the deviation may be selectable.
  • the BPF 45 extracts and outputs a signal in a predetermined band from the received wave signal output from the A/D converter 33 .
  • the predetermined band is a band including the transmission frequency. As a result, it is possible to remove a received wave signal having a frequency greatly deviated from the transmitted wave frequency.
  • the predetermined band may be selectable. For example, a transmission frequency of ⁇ 1 kHz to ⁇ 8 kHz may be selectable.
  • the envelope detection unit 46 detects the envelope of the received wave signal output from the BPF 45 and outputs the detected envelope.
  • a comparator 47 compares the detected envelope with a predetermined threshold Th47 and outputs the comparison result.
  • the envelope detector 46 and comparator 47 can detect that an ultrasonic wave having a certain level of power has been received, and as will be described later, it is possible to avoid self-wave determination during a no-signal period.
  • the correlation convolution processing unit 43 has a correlation processing unit 431 and a correlation processing value summation unit 432 .
  • the correlation processing unit 431 has a buffer (not shown) capable of storing a predetermined number of samples of the received wave signal output from the BPF 45 .
  • the correlation processing unit 431 multiplies the received wave signal stored in the buffer and each of the reference wave data Ref1 to RefN for each sample to calculate a correlation processing value. That is, correlation processing values are calculated for each of the reference wave data Ref1 to RefN.
  • the correlation processing value summation unit 432 calculates the correlation convolution integral value by calculating the sum of the correlation processing values for each sample calculated by the correlation processing unit 431 for each of the reference wave data Ref1 to RefN. That is, the correlation convolution integral value is calculated for each of the reference wave data Ref1 to RefN.
  • FIG. 8 is a diagram showing a specific configuration example of the correlation processing unit 431 and the correlation processing value summation unit 432.
  • the correlation processing section 431 has a shift register SR and multiplication sections M0 to Mn.
  • the shift register SR functions as a buffer.
  • the shift register SR has a group of flip-flops DF0-DFn.
  • Each of the flip-flop groups DF0 to DFn is composed of D flip-flops as many as the number of bits of the received wave signal fin(t). For example, when the wave reception signal fin(t) is 12 bits, each of the flip-flop groups DF0 to DFn consists of 12 D flip-flops.
  • the flip-flop groups DF0 to DFn are arranged in order from the front stage.
  • a received wave signal fin(t) is input to the input terminal of the flip-flop group DF0.
  • the output end of the front stage and the input end of the rear stage are connected.
  • a clock signal CK is input to the clock terminal of each of the flip-flop groups DF0 to DF.
  • each output of the flip-flop group DF0 to DFn is bit-shifted from the front stage side to the rear stage side each time a pulse of the clock signal CK is input.
  • Outputs fin(t-0) to fin(tn) of flip-flop groups DF0 to DFn are input to multipliers M0 to Mn, respectively.
  • the reference wave data Table(0) to Table(n) stored in the register 42 are also input to the multipliers M0 to Mn.
  • bit data of the wave reception signals fin(t ⁇ 0) to fin(t ⁇ n) stored by the shift register SR for (n+1) pieces and the reference wave data Table(0) to Table(n) are multiplied by Multiplied by M0 to Mn, correlation processed values fconv(t-0) to fconv(tn) are output.
  • the number of (n+1) pieces is set based on the transmission time (number of waves) of the transmission signal and the sampling frequency of the reception signal, and is set so as to capture at least the reception signal for the transmission time. is desirable.
  • the correlation processing value summation unit 432 has a summation calculation unit SUM.
  • the sum calculation unit SUM calculates the sum of the obtained correlation processed values fconv(t ⁇ 0) to fconv(t ⁇ n) to output a correlation convolution integral value.
  • multipliers M0 to Mn and the summation calculator SUM are provided for each of the reference wave data Ref1 to RefN. That is, N multiplication units M0 to Mn and N total sum calculation units SUM are provided. Thereby, the correlation convolution integral value is calculated for each of the reference wave data Ref1 to RefN.
  • the correlation convolution processing unit 43 performs correlation convolution processing in parallel for each of the reference wave data Ref1 to RefN.
  • the self-wave identification unit 44 has a maximum correlation acquisition unit 44A and a determination unit 44B. Based on the output from the comparator 47, the correlation maximum value acquisition unit 44A determines the period during which the envelope detected by the envelope detection unit 46 exceeds the threshold Th47 (the period from when the envelope exceeds the threshold Th47 until it becomes equal to or less than the threshold Th47). period), the maximum value (maximum correlation value) of the correlation convolution integral values output from the correlation processing value summation unit 432 is obtained. A maximum correlation value is obtained for each of the reference wave data Ref1 to RefN. For the maximum correlation value, it is desirable to obtain the maximum absolute value of the correlation convolution integral value. However, among the positive and negative values of the correlation convolution integral value, only the positive maximum value or only the negative absolute value may be obtained.
  • the determination unit 44B Based on the correlation maximum value acquired by the correlation maximum value acquisition unit 44A, the determination unit 44B causes the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave transmission/reception device 5 to be transmitted from the ultrasound transmission/reception device 5 by the transmission signal generation circuit 41. It is determined whether or not it is a reflected wave (self wave) based on the ultrasonic wave.
  • the determination unit 44B determines whether the frequency of the reference wave data having the maximum value among the correlation maximum values for each of the reference wave data Ref1 to RefN matches the transmission wave frequency. It is determined whether or not.
  • the maximum correlation value (94" or "86") is 58 kHz, which is the transmission frequency, and can be determined to be the self wave.
  • the determination unit 44B obtains the top three correlation maximum values among the correlation maximum values for each of the reference wave data Ref1 to RefN, and the frequencies of the obtained correlation maximum values are In the case of three adjacent frequencies, it is determined whether or not the frequency is the self wave depending on whether or not the intermediate frequency of the adjacent frequencies is the transmission frequency.
  • the determination is made based on whether the top three frequencies of the acquired maximum correlation values are adjacent frequencies of 57 kHz, 58 kHz, and 59 Hz.
  • the top three correlation maximum values are adjacent frequencies of 57 kHz, 58 kHz, and 59 Hz, and thus can be determined to be self waves.
  • the maximum correlation value of the transmission frequency and the maximum correlation value of frequencies adjacent to the transmission frequency fluctuate, so that the maximum correlation value of the transmission frequency becomes the reference wave data. Even if the maximum correlation value for each of Ref1 to RefN is not maximized, erroneous determination that the wave is not the self wave is suppressed.
  • relative evaluation is performed on the correlation convolution integral values for each of the reference wave data Ref1 to RefN, instead of the absolute evaluation comparing the correlation convolution integral values with the threshold as in the comparative example.
  • the TOF measurement unit 48 uses a counter 481 to measure the time (TOF) from the transmission of ultrasonic waves to the reception of reflected waves from the object.
  • the counter 481 starts counting when the wave transmission signal generation circuit 41 starts transmitting waves. Then, the TOF measurement unit 48 keeps the counter 481 counting until the determining unit 44B determines that the self wave is generated. Hold.
  • the held count value corresponds to TOF, and the distance to the object can be specified by TOF and sound velocity.
  • the serial interface 49 conforms to DSI3 as an example, and communicates with an external ECU (vehicle electronic control unit) (not shown) via an external terminal T5.
  • the count value held above is sent by the interface 49 to the ECU.
  • Second Embodiment> The method of comparing the correlation convolution integral value of the single reference wave data and the received wave signal with the threshold as in the above comparative example (FIG. 4) also has the following problems. As shown in FIG. 10, when a vehicle 500 equipped with an ultrasonic system including the reception processing unit 10 according to the comparative example moves, or when an object 1000 moves, ultrasonic waves transmitted by the Doppler effect A phenomenon (Doppler shift) occurs in which an ultrasonic wave with a frequency shifted from the frequency of is received.
  • Doppler shift A phenomenon
  • f ((V-v0)(V+vs)/(V+v0)(V-vs)) ⁇ f0 (1)
  • V sound velocity
  • vs sound source velocity
  • v0 object velocity
  • f0 transmitted wave frequency
  • FIG. 11A shows the waveform of the received wave signal Rsv.
  • FIG. 11B shows the correlation convolution processing result based on the received wave signal Rsv.
  • the left side in FIG. 11B shows the case where the reference wave data is 58 kHz
  • the right side shows the case where the reference wave data is 59 kHz.
  • the frequency of the received wave signal is equal to the transmitted wave frequency of 58 kHz. Therefore, as shown in FIG. It can be determined to be the self wave by comparison with the threshold value Th.
  • FIGS. 12A and 12B are simulation results when the vehicle is approaching the object at 20 km/h (while the object is stopped).
  • FIG. 12A shows the waveform of the received wave signal Rsv.
  • FIG. 12B shows the correlation convolution processing result based on the received wave signal Rsv.
  • the left side in FIG. 12B shows the case where the reference wave data is 58 kHz, and the right side shows the case where the reference wave data is 59 kHz.
  • the Doppler effect causes the frequency of the received wave signal to be 58.9 kHz, which deviates from the transmitted wave frequency of 58 kHz.
  • the threshold value Th there is a risk of erroneous determination that the wave is not the self wave due to comparison with the threshold value Th.
  • the configuration of the ultrasound system according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 7) described above.
  • the wave is transmitted twice, and the processing by the self-wave identification unit 44 is as follows.
  • the correlation maximum value acquisition unit 44A acquires the correlation maximum value for each reference wave data in the same manner as in the first embodiment during the first wave transmission.
  • the determination unit 44B identifies the frequency of the reference wave data that maximizes the obtained correlation maximum value.
  • the correlation maximum value acquisition unit 44A acquires the correlation maximum value for each reference wave data in the same manner as in the first embodiment during the second wave transmission.
  • the determination unit 44B identifies the frequency of the reference wave data that maximizes the obtained correlation maximum value. Then, if the frequency specified during the first wave transmission is the same as the frequency specified during the second wave transmission, the determination unit 44B determines that the received ultrasonic wave is the self wave.
  • the frequency specified during the first wave transmission and the frequency specified during the second wave transmission are both 59 kHz. It can be determined that there is
  • processing in the self-wave identification 44 may be performed as follows.
  • the correlation maximum value acquisition unit 44A acquires the correlation maximum value for each reference wave data in the same manner as in the first embodiment during the first wave transmission. If the top three frequencies among the acquired maximum correlation values are three adjacent frequencies, the determination unit 44B identifies the intermediate frequency between the three frequencies.
  • the correlation maximum value acquisition unit 44A acquires the correlation maximum value for each reference wave data in the same manner as in the first embodiment during the second wave transmission.
  • the determination unit 44B identifies the frequency of the acquired maximum correlation value in the same manner as in the first wave transmission. Then, if the frequency specified during the first wave transmission is the same as the frequency specified during the second wave transmission, the determination unit 44B determines that the received ultrasonic wave is the self wave.
  • the number of transmissions is not limited to two, and may be three or more.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an ultrasound system 100 according to the third embodiment.
  • the configuration shown in FIG. 13 differs from the second embodiment (FIG. 7) in that it does not have an envelope detector 46 and a comparator 47, and the configuration of the self-wave identification unit 44 is different.
  • the self-wave identification section 44 has a comparator 44C and a determination section 44D.
  • the transmission signal generation circuit 41 continuously transmits ultrasonic waves of a first frequency (eg, 58 kHz) and ultrasonic waves of a second frequency (eg, 56 kHz) different from the first frequency from the ultrasonic transmission/reception device 5. send waves.
  • a first frequency eg, 58 kHz
  • a second frequency eg, 56 kHz
  • the comparator 44C compares the correlation convolution integral value for each reference wave data output from the correlation processing value summation unit 432 with a predetermined threshold value. If the shift from the first frequency and the shift from the second frequency of the frequency of the reference wave data whose correlation convolution integral value exceeds the threshold are in the same direction and by the same amount, the determining unit 44D receives the wave. Ultrasonic waves are determined to be self waves.
  • the first frequency is 58 kHz and the second frequency is 56 kHz
  • the received reflected waves are shifted from the first frequency and the second frequency to 59 kHz and 57 kHz due to the influence of the Doppler effect
  • the respective shifts are in the same direction. , it can be determined to be the self wave.
  • the self-wave can be identified by one transmission while suppressing the influence of the Doppler effect.
  • the frequencies of the ultrasonic waves that are continuously transmitted may be three or more frequencies.
  • FIG. 14 shows, as an example, a state in which a plurality of ultrasonic systems including the ultrasonic system 100 according to each embodiment described above are mounted on the front end of a vehicle 30 .
  • ultrasound systems 301 - 303 are mounted on vehicle 30 .
  • Each of the ultrasonic system 100 and the ultrasonic systems 301 to 303 may sequentially perform ultrasonic wave transmission and TOF measurement.
  • the vehicle 30 may unnecessarily approach the object.
  • the ultrasonic system 100 and the ultrasonic systems 301 to 303 perform ultrasonic wave transmission and TOF measurement in parallel.
  • ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic system 100 are reflected by the object 351, and other ultrasonic waves transmitted from other ultrasonic systems 301 and 302 are reflected.
  • the ultrasonic system 100 may receive reflected waves of the ultrasonic waves reflected by the objects 352 and 353 respectively.
  • the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic systems 301 and 302 have a frequency different from the transmission frequency set in the own ultrasonic system 100 (or a different frequency in the third embodiment). combination), it is possible to avoid interference by ultrasonic waves from the other ultrasonic systems 301 and 302 by determination by the self-wave identification unit 44 .
  • the driver unit 2 may be connected with an ultrasonic transmitter for transmitting waves
  • the analog front end 3 may be connected with an ultrasonic receiver for receiving waves other than the ultrasonic transmitter.
  • the sound source and the receiving section may not be the same device.
  • the ultrasonic system including the sonication device can be mounted on a moving body other than a vehicle, for example, it may be mounted on an unmanned carrier robot or a service robot that transports luggage. Also, the ultrasound system may be mounted on a stationary object instead of a mobile object.
  • the sound wave processing device (1) includes a transmission signal generation unit (41) that generates a transmission signal for transmitting sound waves, a received wave signal output unit (3) that outputs a received wave signal based on the received wave of the sound wave; a correlation convolution processing unit (43) that performs correlation convolution integral processing in parallel for each of the reference wave data based on the received wave signal and a plurality of reference wave data (Ref1 to RefN); A self wave for determining whether a received sound wave is a reflected wave of the sound wave transmitted by the transmission signal generation unit, based on the correlation convolution integral value output from the correlation convolution integration processing unit.
  • an identification unit (44) (first configuration).
  • the self-wave identification unit (44) includes a correlation maximum value acquisition unit ( 44A) and a determination unit (44B) that determines whether the wave is a self wave based on the relative evaluation of the acquired maximum correlation value (second configuration).
  • the determination unit (44B) may be configured to specify the frequency of the reference wave data at which the acquired maximum correlation value is the maximum (third configuration).
  • the determination unit (44B) when the frequencies of the reference wave data in the top three of the acquired maximum correlation values are three adjacent frequencies, the determination unit (44B) It is also possible to use a configuration that specifies an intermediate frequency between the frequencies to be detected (fourth configuration).
  • an envelope detector (46) for extracting an envelope from the received wave signal
  • a comparator (47) for comparing the extracted envelope with a predetermined threshold. and , wherein the predetermined period is a period from when the envelope exceeds the threshold to when it becomes equal to or less than the threshold (fifth configuration).
  • the fifth configuration may further include a bandpass filter (45) for extracting a signal of a predetermined band from the received wave signal and outputting it to the envelope detection section (sixth configuration).
  • a bandpass filter 45 for extracting a signal of a predetermined band from the received wave signal and outputting it to the envelope detection section (sixth configuration).
  • the maximum correlation value may be the maximum absolute value of the correlation convolution integral value (seventh configuration).
  • the transmission signal generator (41) transmits waves a plurality of times, and the self-wave identifier (44) determines that the correlation convolution integral value is If the increasing frequency of the reference wave data is the same for the plurality of transmissions, it may be determined to be the self wave (eighth configuration).
  • the transmission signal generator (41) continuously transmits sound waves of a plurality of frequencies, and the self-wave identification unit (44) If the frequency of the reference wave data that increases the correlation convolution integral value is shifted in the same direction and by the same amount from the plurality of frequencies, it may be determined to be the self wave (ninth configuration).
  • first external terminals T1, T2 enabling connection between the transmission signal generator (41) and an external ultrasonic transmission/reception device (5).
  • second external terminals T3, T4 enabling connection between the ultrasonic transmission/reception device and the received wave signal output section (3) (tenth configuration).
  • the ultrasound system (100) has a configuration including the ultrasound processing device (1) of the tenth configuration and the ultrasound transmission/reception device (5) (eleventh configuration).
  • the sound wave processing device (1) having any one of the first to tenth configurations may be mountable on a vehicle (twelfth configuration).
  • the ultrasonic system includes a first ultrasonic system (100) including the ultrasonic processing device (1) having the twelfth configuration, and at least one other second ultrasonic system (301, 302 , 303) and can be mounted on the vehicle, wherein the first ultrasonic system and the second ultrasonic system transmit ultrasonic waves and measure TOF (Time Of Flight) It is good also as a structure performed in parallel.
  • the present disclosure can be used, for example, in an in-vehicle ultrasonic system.

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Abstract

音波処理装置（１）は、音波の送波のための送波信号を生成する送波信号生成部（４１）と、音波の受波に基づく受波信号を出力する受波信号出力部（３）と、前記受波信号と複数の参照波データ（Ｒｅｆ１～ＲｅｆＮ）に基づいて前記参照波データごとに並列的に相関畳み込み積分処理を行う相関畳み込み積分処理部（４３）と、前記相関叩き込み積分処理部から出力される相関畳み込み積分値に基づき、受波された音波が前記送波信号生成部によって送波された音波の反射波である自波であるかを判定する自波識別部（４４）と、を有する。

Description

音波処理装置、および超音波システム
　本開示は、音波処理装置、および超音波システムに関する。
　従来から、音波を発生させて障害物からの反射波が返ってくるまでの時間ＴＯＦ（Time　Of　Flight）を計測することにより障害物までの距離を測定する超音波システムが知られている。従来、このような超音波システムは車両に搭載されることが多く、一例として車載用クリアランスソナーが知られている。
　このような従来の超音波システムの一例として、受波すると予想される波形データ（参照波データ）を用意し、当該参照波データと実際に受波した受信信号とに基づく相関畳み込み積分処理を行って反射波を強調する方式がある。このような方式は、パルス圧縮方式とも呼ばれ、Ｓ／Ｎ比を向上できる。なお、パルス圧縮方式については、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００５－１５２４５０号公報
　ここで、超音波システムでは、自己の超音波システムから送波して対象物で反射した反射波（自波）と、他の超音波システムから送波される超音波（他波）と、の識別を行う必要がある。
　特に、車載用クリアランスソナーは、昨今、搭載される車種および搭載される目的が増加しており、他のソナーから送波される超音波による干渉が問題となっている。
　上記状況に鑑み、本開示は、自波識別を効果的な構成により実現する音波処理装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る音波処理装置は、
　音波の送波のための送波信号を生成する送波信号生成部と、
　音波の受波に基づく受波信号を出力する受波信号出力部と、
　前記受波信号と複数の参照波データに基づいて前記参照波データごとに並列的に相関畳み込み積分処理を行う相関畳み込み積分処理部と、
　前記相関叩き込み積分処理部から出力される相関畳み込み積分値に基づき、受波された音波が前記送波信号生成部によって送波された音波の反射波である自波であるかを判定する自波識別部と、
　を有する構成としている。
　本開示の音波処理装置によると、自波識別を効果的な構成により実現することができる。
図１は、超音波システムが搭載された車両と対象物とを模式的に示した図である。 図２は、相関処理の一例を説明するための図である。 図３は、相関処理の一例を説明するための図である。 図４は、比較例に係る受信処理部の構成を示す図である。 図５Ａは、比較例に係るシミュレーション結果の受波信号を示す図である（サンプル数＝１２８）。 図５Ｂは、比較例に係るシミュレーション結果の相関畳み込み積分値を示す図である（サンプル数＝１２８）。 図６Ａは、比較例に係るシミュレーション結果の受波信号を示す図である（サンプル数＝２５６）。 図６Ｂは、比較例に係るシミュレーション結果の相関畳み込み積分値を示す図である（サンプル数＝２５６）。 図７は、第１実施形態に係る超音波システムの構成を示す図である。 図８は、相関処理部および相関処理値和算部の具体的な構成例を示す図である。 図９は、相関最大値の一例を示す表である。 図１０は、超音波システムが搭載された車両が移動する様子を示す模式図である。 図１１Ａは、比較例に係るシミュレーション結果の受波信号を示す図である（車両停止時）。 図１１Ｂは、比較例に係るシミュレーション結果の相関畳み込み積分値を示す図である（車両停止時）。 図１２Ａは、比較例に係るシミュレーション結果の受波信号を示す図である（車両移動時）。 図１２Ｂは、比較例に係るシミュレーション結果の相関畳み込み積分値を示す図である（車両移動時）。 図１３は、第３実施形態に係る超音波システムの構成を示す図である。 図１４は、車両に複数の超音波システムを搭載した一例を示す模式図である。
　以下に、例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下説明する実施形態に係る超音波システムは、一例として車両に搭載することを想定しており、車両と対象物との間の距離を測定することによる警報機能、自動ブレーキ機能および自動駐車機能等に利用できる。
＜１．相関処理について＞
　まず、超音波システムで用いる相関処理の概要について説明する。図１には、超音波システム（不図示）を搭載した車両５００と、対象物（障害物）１０００とが示されている。超音波システムから送波された超音波は、対象物１０００で反射して反射波として超音波システムにより受波される。
　ここで、相関処理について、図２および図３を用いて説明する。図２では、参照波データＤｒｅｆが予め用意される。参照波データＤｒｅｆは、受波が予想される反射波の波形データであり、送波する音波の周波数と同じ周波数の波形データである。図２に示す受波した反射波Ｒｓ１の周波数は、送波周波数と同じである。すなわち、反射波Ｒｓ１は、自波である。従って、参照波データＤｒｅｆと反射波Ｒｓ１とを乗算する相関処理によって得られる相関結果Ｃ１では、図２に示すように常に相関処理値が正の値となる。これにより、相関結果Ｃ１を時間的に積分して得られる畳み込み積分値は大きくなる。
　一方、図３に示す受波した反射波Ｒｓ２の周波数は、送波周波数からずれている。すなわち反射波Ｒｓ２は他波であり、反射波Ｒｓ２の周波数は、参照波データＤｒｅｆの周波数よりずれてしまう。従って、図３に示すように、相関結果Ｃ２では、相関処理値が負となる期間が生じることとなり、畳み込み積分値が図２に比べて小さくなる。このようにして、自波と他波とを識別することができる。
＜２．比較例＞
　ここで、実施形態について説明する前に、実施形態との比較をするための比較例について説明する。図４は、比較例に係る受信処理部１０の構成を示す図である。図４に示す受信処理部１０は、Ａ／Ｄ変換部６と、参照波格納部７と、相関畳み込み積分処理部８と、比較器９と、を有している。
　Ａ／Ｄ変換部６は、受波された超音波に基づく受波信号ＲｓｖをＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換する。参照波格納部７は、受信処理部１０を含む超音波システムから送波される超音波の周波数と同じ周波数である参照波データを格納する。
　相関畳み込み積分処理部８は、相関処理部８１と、相関処理値和算部８２と、を有する。相関処理部８１は、Ａ／Ｄ変換部６により変換後の受波信号Ｒｓｖを所定サンプル数だけ格納可能なバッファ（不図示）を有する。相関処理部８１は、上記バッファに格納された受波信号Ｒｓｖと参照波データとをサンプルごとに乗算して相関処理値を算出する。相関処理値和算部８２は、相関処理部８１により算出されたサンプルごとの相関処理値の総和を算出することで、相関畳み込み積分値を算出する。
　比較器９は、相関処理値和算部８２から出力される相関畳み込み積分値を閾値Ｔｈと比較し、比較結果として判定信号Ｃｍｐｏｕｔを出力する。相関畳み込み積分値が閾値Ｔｈを上回った場合、受信処理部１０を含む超音波システムから送波された超音波に基づく反射波（自波）を受波したことを示す判定信号Ｃｍｐｏｕｔが出力される。
　このように、受信処理部１０では、受波信号Ｒｓｖをバッファに逐次格納しつつ相関畳み込み積分値を算出し、算出された相関畳み込み積分値を閾値と比較する。ここで、受信処理部１０のシミュレーション結果の一例について図５Ａ，５Ｂおよび図６Ａ，６Ｂを用いて説明する。
　図５Ａおよび図５Ｂは、受信処理部１０を含む超音波システムから、一例として５８ｋＨｚの超音波を送波した場合に、送波された超音波に基づく反射波を受波した場合のシミュレーション結果である。図５Ａは、受波信号Ｒｓｖの波形を示す。図５Ｂは、受波信号Ｒｓｖに基づく相関畳み込み積分処理結果を示す。なお、図５Ａおよび図５Ｂは、相関畳み込み積分処理に用いるサンプル数を１２８とした場合を示し、送波する１つの波に対して８サンプルとしているため、１２８／８＝１６波数の超音波を送波している。ただし、図５Ｂにおける左側は参照波データが５７ｋＨｚである場合、右側は参照波データが５８ｋＨｚである場合を示す。相関畳み込み積分値は、正負間を振動する波形となる。
　図５Ａに示すように、送波された超音波に環境ノイズが重畳された反射波が受波されている（図５Ａでは、Ｓ／Ｎ比＝３ｄＢ）。このような環境ノイズにより、図５Ｂに示すように、送波された超音波の周波数からずれた周波数である５７ｋＨｚの参照波データに基づく相関畳み込み積分値の最大値（正の値）と、送波された超音波の周波数である５８ｋＨｚの参照波データに基づく相関畳み込み積分値の最大値との差が小さくなっている。従って、両者の最大値の間に閾値Ｔｈを設定することがしづらい。
　これに対して、図６Ａおよび図６Ｂは、上記サンプル数を２５６とした場合（送波した波数＝２５６／８＝３２）のシミュレーション結果を示す。図６Ａは、受波信号Ｒｓｖを示し、図６Ｂは、相関畳み込み積分処理結果を示す。このように、サンプル数を先述した１２８から２５６へ増加させたことで、図６Ｂに示すように、相関畳み込み積分値の最大値の差が大きくなり、両者の最大値の間に閾値Ｔｈを設定することが容易となる。
　しかしながら、サンプル数を増加させると、バッファの容量を増加させる必要がある。バッファの容量の増加は、相関畳み込み積分処理のための回路のコスト増加につながってしまう。また、超音波システムの耐用年数の観点からも、波数は少ないほうが望ましい。
　さらに、超音波システムと対象物との間の距離が長くなると、対象物で反射して受波されるまでに送波した超音波のパワーが減衰するため、相関畳み込み積分値の絶対値が小さくなる。例えば、図５Ｂおよび図６Ｂに示す波形の振幅が小さくなる。これにより、上記距離に応じて閾値Ｔｈを動的に変更させる制御が必要となる。
＜３．第１実施形態＞
　上記比較例における課題を解決すべく、以下に説明する第１実施形態が実施される。図７は、第１実施形態に係る超音波システム１００の構成を示す図である。
　超音波システム１００は、音波処理装置１と、超音波送受信装置５と、トランスＴｒと、を有する。超音波送受信装置５は、音波処理装置１に対してトランスＴｒを介して外付けに接続される。なお、トランスＴｒは、必ずしも設けなくてもよい。
　音波処理装置１は、ドライバ部２と、アナログフロントエンド３と、デジタル処理部４と、を１つのチップに集積して有する半導体装置である。ドライバ部２は、ＤＡ回路２１を有する。ＤＡ回路２１は、デジタル処理部４に含まれる送波信号生成回路４１から出力される送波信号をデジタル信号からアナログ信号へＤ／Ａ変換する。ＤＡ回路２１は、外部端子Ｔ１，Ｔ２を介してトランスＴｒの１次側に接続される。
　トランスＴｒの２次側には超音波送受信装置５が接続される。超音波送受信装置５は、不図示の圧電素子を有し、超音波の送波および受波を行う。すなわち、超音波送受信装置５は、音源としても受信部としても機能する。
　アナログフロントエンド３（受波信号出力部）は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）３１と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２と、Ａ／Ｄコンバータ３３と、を有する。トランスＴｒの１次側は、外部端子Ｔ３，Ｔ４を介してＬＮＡ３１に接続される。ＬＮＡ３１の出力は、ＬＰＦ３２を介してＡ／Ｄコンバータ３３に入力される。
　デジタル処理部４は、送波信号生成回路４１と、レジスタ（参照波格納部）４２と、相関畳み込み積分処理部４３と、自波識別部４４と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）４５と、エンベロープ検出部４６と、比較器４７と、ＴＯＦ計測部４８と、シリアルインタフェース４９と、を有する。
　レジスタ４２には、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮ（Ｎ：２以上の整数）が格納される。すなわち、レジスタ４２には、複数の参照波データが格納される。参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮは、送波信号生成回路４１により超音波送受信装置５から送波される超音波の周波数（以下、送波周波数）を含む近隣周波数の波形データである。例えば、上記近隣周波数には、送波周波数から１ｋＨｚずつずれた周波数が含まれる。例えば、送波周波数＝５８ｋＨｚの場合、一例として、参照波データＲｅｆ１＝５５ｋＨｚ、Ｒｅｆ２＝５６ｋＨｚ、Ｒｅｆ３＝５７ｋＨｚ、Ｒｅｆ４＝５８ｋＨｚ、Ｒｅｆ５＝５９ｋＨｚ、Ｒｅｆ６＝６０ｋＨｚ、Ｒｅｆ７＝６１ｋＨｚとすることができる（Ｎ＝７）。なお、上記１ｋＨｚは隣接する周波数間のずれの一例であるが、当該ずれを選択可能としてもよい。
　ＢＰＦ４５は、Ａ／Ｄコンバータ３３から出力される受波信号から所定帯域の信号を抽出して出力する。上記所定帯域は、送波周波数を含む帯域である。これにより、送波周波数から大きくずれた周波数の受波信号を除去できる。なお、上記所定帯域は選択可能としてもよい。例えば、送波周波数±１ｋＨｚ～送波周波数±８ｋＨｚを選択可能としてもよい。
　エンベロープ検出部４６は、ＢＰＦ４５から出力される受波信号の包絡線（エンベロープ）を検出して、検出されたエンベロープを出力する。比較器４７は、検出されたエンベロープを所定の閾値Ｔｈ４７と比較し、比較結果を出力する。エンベロープ検出部４６および比較器４７により、或る程度のパワーを有する超音波を受波したことを検出でき、後述するように無信号期間における自波判定を行わないようにすることができる。
　相関畳み込み積分処理部４３は、相関処理部４３１と、相関処理値和算部４３２と、を有する。
　相関処理部４３１は、ＢＰＦ４５から出力される受波信号を所定サンプル数だけ格納可能なバッファ（不図示）を有する。相関処理部４３１は、上記バッファに格納された受波信号と参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮのそれぞれとをサンプルごとに乗算して相関処理値を算出する。すなわち、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとの相関処理値が算出される。相関処理値和算部４３２は、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとに、相関処理部４３１により算出されたサンプルごとの相関処理値の総和を算出することで、相関畳み込み積分値を算出する。すなわち、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとの相関畳み込み積分値が算出される。
　ここで、図８は、相関処理部４３１と相関処理値和算部４３２の具体的な構成例を示す図である。図８に示すように、相関処理部４３１は、シフトレジスタＳＲと、乗算部Ｍ０～Ｍｎと、を有する。シフトレジスタＳＲは、バッファとして機能する。
　シフトレジスタＳＲは、フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦｎを有する。フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦｎは、それぞれ受波信号ｆｉｎ（ｔ）のビット数の個数のＤフリップフロップから構成される。例えば、受波信号ｆｉｎ（ｔ）が１２ビットである場合は、フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦｎは、それぞれ１２個のＤフリップフロップから構成される。
　フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦｎは、前段から順に配置される。フリップフロップ群ＤＦ０の入力端には、受波信号ｆｉｎ（ｔ）が入力される。フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦｎにおいては、前段の出力端と後段の入力端とが接続される。フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦのそれぞれにおけるクロック端には、クロック信号ＣＫが入力される。
　このようなシフトレジスタＳＲにより、クロック信号ＣＫのパルスが入力されるたびに、フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦｎの各出力は前段側から後段側へビットシフトする。フリップフロップ群ＤＦ０～ＤＦｎの出力ｆｉｎ（ｔ－０）～ｆｉｎ（ｔ－ｎ）は、それぞれ乗算部Ｍ０～Ｍｎへ入力される。また、乗算部Ｍ０～Ｍｎには、レジスタ４２に格納された参照波データＴａｂｌｅ（０）～Ｔａｂｌｅ（ｎ）も入力される。従って、シフトレジスタＳＲにより（ｎ＋１）個分格納された受波信号ｆｉｎ（ｔ－０）～ｆｉｎ（ｔ－ｎ）のビットデータと参照波データＴａｂｌｅ（０）～Ｔａｂｌｅ（ｎ）とが乗算部Ｍ０～Ｍｎにより乗算されて相関処理値ｆｃｏｎｖ（ｔ－０）～ｆｃｏｎｖ（ｔ－ｎ）が出力される。
　なお、（ｎ＋１）個の個数は、送波信号の送波時間（波数）と受波信号のサンプリング周波数とに基づいて設定され、送波時間分の受波信号を少なくとも取り込めるように設定されることが望ましい。
　図８に示すように、相関処理値和算部４３２は、総和算出部ＳＵＭを有する。総和算出部ＳＵＭは、得られた相関処理値ｆｃｏｎｖ（ｔ－０）～ｆｃｏｎｖ（ｔ－ｎ）の総和を算出することで相関畳み込み積分値を出力する。
　なお、乗算部Ｍ０～Ｍｎおよび総和算出部ＳＵＭは、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとに設けられる。すなわち、乗算部Ｍ０～Ｍｎおよび総和算出部ＳＵＭは、Ｎ個設けられる。これにより、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとに相関畳み込み積分値が算出される。
　このように、相関畳み込み積分処理部４３は、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとに並列的に相関畳み込み積分処理を行う。
　自波識別部４４（図７）は、相関最大値取得部４４Ａと、判定部４４Ｂと、を有する。相関最大値取得部４４Ａは、比較器４７からの出力に基づき、エンベロープ検出部４６により検出されるエンベロープが閾値Ｔｈ４７を上回っている期間（エンベロープが閾値Ｔｈ４７を上回ってから閾値Ｔｈ４７以下となるまでの期間）における、相関処理値和算部４３２から出力される相関畳み込み積分値の最大値（相関最大値）を取得する。相関最大値は、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとに取得される。なお、相関最大値は、相関畳み込み積分値の絶対値の最大値を取得することが望ましい。ただし、相関畳み込み積分値の正負のうち正のみの最大値、または負の絶対値のみの最大値を取得してもよい。
　判定部４４Ｂは、相関最大値取得部４４Ａにより取得された相関最大値に基づき、超音波送受信装置５により受波された超音波が、送波信号生成回路４１により超音波送受信装置５から送波された超音波に基づく反射波（自波）であるか否かを判定する。
　判定部４４Ｂによる第１の判定手法として、判定部４４Ｂは、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとの相関最大値のうち最大値となる参照波データの周波数が送波周波数と一致するかにより、自波であるか否かを判定する。
　ここで、図９は、５８ｋＨｚを送波周波数として自波を受波した場合に、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮを５５ｋＨｚ～６１ｋＨｚの参照波データとした場合（Ｎ＝７）の取得される相関最大値の一例を示す表である。なお、図９は、サンプル数の条件（サンプル数＝１２８または２５６）と、受波信号に重畳されるノイズの条件（ノイズなし、Ｓ／Ｎ＝３ｄＢ、Ｓ／Ｎ＝０．５ｄＢ）との組み合わせによる結果を示す。
　このように、サンプル数を２５６より少ない１２８としても、ノイズが重畳する場合（Ｓ／Ｎ＝３ｄＢまたは０．５ｄｂ）でも参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとの相関最大値のうち最大値（「９４」または「８６」）となる周波数が送波周波数である５８ｋＨｚとなっており、自波であると判定可能である。
　また、判定部４４Ｂによる第２の判定手法として、判定部４４Ｂは、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとの相関最大値のうち上位３つの相関最大値を取得し、取得された相関最大値の周波数が３つの隣接する周波数である場合、当該隣接する周波数の中間の周波数が送波周波数であるかにより自波であるか否かを判定する。
　例えば、送波周波数＝５８ｋＨｚの場合であれば、取得された相関最大値の上位３つの周波数が５７ｋＨｚ、５８ｋＨｚ、および５９Ｈｚの隣接する周波数であるかにより判定を行う。図９に示す例であれば、サンプル数を２５６より少ない１２８としても、ノイズが重畳する場合（Ｓ／Ｎ＝３ｄＢまたは０．５ｄｂ）でも、上位３つの相関最大値（「７２，９４，８４」、「６６，８６，７８」）の周波数は５７ｋＨｚ、５８ｋＨｚ、および５９Ｈｚの隣接する周波数であるため、自波であると判定可能である。
　特に、このような第２の判定手法であれば、送波周波数の相関最大値と送波周波数と隣接する周波数の相関最大値が上下することで、送波周波数の相関最大値が参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとの相関最大値において最大とならない場合でも、自波でないと誤判定することが抑制される。
　このように、本実施形態では、比較例のように相関畳み込み積分値を閾値と比較する絶対的な評価ではなく、参照波データＲｅｆ１～ＲｅｆＮごとの相関畳み込み積分値における相対的な評価を行う。これにより、サンプル数を少なくしても、受波信号にノイズが重畳する場合でも自波を識別することが可能となる。必要なサンプル数が少なくなるため、相関畳み込み積分処理のための回路コストを削減することが可能となる。また、超音波システム１００と対象物との間の距離が長くなり、相関畳み込み積分値が小さくなった場合でも、上記のような相対評価により自波を識別することができる。これにより、比較例で説明したような閾値の動的制御が不要となる。
　ＴＯＦ計測部４８は、カウンタ４８１を用いて、超音波を送波してから対象物での反射による反射波を受波するまでの時間（ＴＯＦ）を計測する。カウンタ４８１は、送波信号生成回路４１による送波開始時にカウントを開始する。そして、ＴＯＦ計測部４８は、判定部４４Ｂにより自波と判定されるまではカウンタ４８１のカウントを継続させ、判定部４４Ｂにより自波と判定された場合は、そのときのカウンタ４８１のカウント値を保持する。保持されたカウント値は、ＴＯＦに対応し、ＴＯＦと音速によって対象物までの距離が特定可能となる。
　シリアルインタフェース４９は、一例としてＤＳＩ３に準拠し、外部端子Ｔ５を介して不図示の外部のＥＣＵ（車両電子制御ユニット）との間で通信を行う。上記で保持されたカウント値は、インタフェース４９によってＥＣＵへ送られる。
＜４．第２実施形態＞
　上記比較例（図４）のように単一の参照波データと受波信号による相関畳み込み積分値を閾値と比較する方法には、次のような課題もある。図１０に示すように、比較例に係る受信処理部１０を含む超音波システムが搭載された車両５００が移動する場合、または対象物１０００が移動する場合に、ドップラー効果により、送波した超音波の周波数からずれた周波数の超音波が受波される現象（ドップラーシフト）が生じる。
　ドップラー効果による周波数変動は、下記（１）式として表される。
　ｆ＝（（Ｖ－ｖ０）（Ｖ＋ｖｓ）／（Ｖ＋ｖ０）（Ｖ－ｖｓ））・ｆ０　　（１）
　ただし、ｆ：受波周波数、Ｖ：音速、ｖｓ：音源速度、ｖ０：対象物速度、ｆ０：送波周波数
　ここで、図１１Ａおよび図１１Ｂは、受信処理部１０を含む超音波システムを搭載された車両が停止時（対象物も停止時）に、上記超音波システムから、一例として５８ｋＨｚの超音波を送波した場合（送波周波数＝５８ｋＨｚ）に、送波された超音波に基づく反射波を受波した場合のシミュレーション結果である。図１１Ａは、受波信号Ｒｓｖの波形を示す。図１１Ｂは、受波信号Ｒｓｖに基づく相関畳み込み積分処理結果を示す。ただし、図１１Ｂにおける左側は参照波データが５８ｋＨｚである場合、右側は参照波データが５９ｋＨｚである場合を示す。
　この場合は、受波信号の周波数＝送波周波数の５８ｋＨｚとなるため、図１１Ｂに示すように、５８ｋＨｚの参照波データ（参照波格納部７に格納）に基づく相関畳み込み積分値の最大値が大きくなり、閾値Ｔｈとの比較により自波であると判定できる。
　一方、図１２Ａおよび図１２Ｂは、車両が２０ｋｍ／ｈで対象物に近づいている場合（対象物は停止時）のシミュレーション結果である。図１２Ａは、受波信号Ｒｓｖの波形を示す。図１２Ｂは、受波信号Ｒｓｖに基づく相関畳み込み積分処理結果を示す。ただし、図１２Ｂにおける左側は参照波データが５８ｋＨｚである場合、右側は参照波データが５９ｋＨｚである場合を示す。
　この場合、ドップラー効果により受波信号の周波数が５８．９ｋＨｚとなって送波周波数である５８ｋＨｚからずれるため、図１２Ｂに示すように５８ｋＨｚの参照波データに基づく相関畳み込み積分値の最大値が小さくなり、閾値Ｔｈとの比較により自波ではないと誤判定される虞が生じる。
　このように比較例では、ドップラー効果の影響により、自波を受波しているにもかかわらず自波ではないと誤判定する虞がある。以下に説明する第２実施形態は、このような課題を解決すべく実施される。
　第２実施形態に係る超音波システムの構成は、先述した第１実施形態（図７）と同様である。第２実施形態では、２回の送波を実施し、自波識別部４４による処理を以下の通りとする。
　相関最大値取得部４４Ａは、１回目の送波のときに、第１実施形態と同様に参照波データごとの相関最大値を取得する。判定部４４Ｂは、上記取得された相関最大値が最大となる参照波データの周波数を特定する。
　相関最大値取得部４４Ａは、２回目の送波のときに、第１実施形態と同様に参照波データごとの相関最大値を取得する。判定部４４Ｂは、上記取得された相関最大値が最大となる参照波データの周波数を特定する。そして、判定部４４Ｂは、１回目の送波時に特定された周波数と、２回目の送波時に特定された周波数とが同じであれば、受波した超音波が自波であると判定する。
　先述した車両が２０km／ｈで移動する場合の例であれば、１回目の送波時に特定された周波数と、２回目の送波時に特定された周波数とがともに５９ｋＨｚとなるため、自波であると判定可能となる。
　なお、自波識別４４における処理は以下のようにしてもよい。
　相関最大値取得部４４Ａは、１回目の送波のときに、第１実施形態と同様に参照波データごとの相関最大値を取得する。判定部４４Ｂは、上記取得された相関最大値のうち上位３つの周波数が隣接する３つの周波数である場合、当該３つの周波数の中間の周波数を特定する。
　相関最大値取得部４４Ａは、２回目の送波のときに、第１実施形態と同様に参照波データごとの相関最大値を取得する。判定部４４Ｂは、上記取得された相関最大値について、１回目の送波時と同様に周波数を特定する。そして、判定部４４Ｂは、１回目の送波時に特定された周波数と、２回目の送波時に特定された周波数とが同じであれば、受波した超音波が自波であると判定する。
　このように第２実施形態によれば、車両と対象物との相対速度が既知でなくても、自波判定におけるドップラー効果の影響を抑制することができる。なお、送波の回数は、２回に限らず、３回以上であってもよい。
＜５．第３実施形態＞
　ここで説明する第３実施形態は、第２実施形態と同様、ドップラー効果の影響による課題を解決すべく実施される。図１３は、第３実施形態に係る超音波システム１００の構成を示す図である。図１３に示す構成は、第２実施形態（図７）と比べて、エンベロープ検出部４６および比較器４７を有さないこと、および自波識別部４４の構成が異なっていることが相違している。本実施形態においては、自波識別部４４は、比較器４４Ｃと、判定部４４Ｄと、を有する。
　本実施形態では、送波信号生成回路４１は、第１周波数（例えば５８ｋＨｚ）の超音波と第１周波数とは異なる第２周波数（例えば５６ｋＨｚ）の超音波を連続して超音波送受信装置５から送波させる。
　比較器４４Ｃは、相関処理値和算部４３２から出力される参照波データごとの相関畳み込み積分値をそれぞれ所定の閾値と比較する。判定部４４Ｄは、相関畳み込み積分値が閾値を上回った参照波データの周波数の第１周波数からのシフトおよび第２周波数からのシフトが、同じ方向かつ同じ量のシフトである場合に、受波した超音波が自波と判定する。
　例えば、第１周波数＝５８ｋＨｚ、第２周波数＝５６ｋＨｚとした場合、ドップラー効果の影響により受波した反射波が５９ｋＨｚ、５７ｋＨｚと第１周波数、第２周波数からシフトした場合、それぞれのシフトは同じ方向に同じ量（＋１ｋＨｚ）のシフトであるため、自波であると判定することができる。
　このような本実施形態によれば、ドップラー効果の影響を抑制しつつ１回の送波により自波を識別することができる。また、第１周波数と第２周波数との組み合わせにより、自波のＩＤ化を行うことができる。なお、連続して送波する超音波の周波数は、３つ以上の周波数であってもよい。
＜６．複数の超音波システム＞
　図１４には、一例として車両３０の前端部に先述した各実施形態に係る超音波システム１００を含む複数の超音波システムが搭載された状態を示す。超音波システム１００の他に、超音波システム３０１～３０３が車両３０に搭載される。超音波システム１００、および超音波システム３０１～３０３の各々が順番に超音波の送波およびＴＯＦ計測を行ってもよいが、その場合、同一の超音波システムにおける対象物までの距離測定の頻度が低下し、例えば車両３０が対象物に不要に接近する虞がある。
　そこで、超音波システム１００、および超音波システム３０１～３０３は、超音波の送波およびＴＯＦ計測を並行して行うことが好ましい。このような場合、例えば図１４に示すように、超音波システム１００から送波された超音波が対象物３５１で反射した反射波の他に、他の超音波システム３０１，３０２から送波された超音波が対象物３５２，３５３でそれぞれ反射した反射波を超音波システム１００が受波する虞がある。
　しかしながら、この場合でも、超音波システム３０１，３０２から送波された超音波は、自己の超音波システム１００に設定された送波周波数とは異なる周波数（または第３実施形態であれば異なる周波数の組み合わせ）を有するので、自波識別部４４による判定により、他の超音波システム３０１，３０２からの超音波による干渉を回避できる。
＜７．その他＞
　以上、実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
　例えば、ドライバ部２には、送波用の超音波送信装置を接続し、アナログフロントエンド３には、上記超音波送信装置とは別の受波用の超音波受信装置を接続してもよい。すなわち、音源と受信部とは同じ装置でなくてもよい。
　また、音波処理装置を含んだ超音波システムは、車両以外の移動体に搭載することも可能であり、例えば荷物を運搬する無人搬送ロボットあるいはサービスロボット等に搭載してもよい。また、超音波システムは、移動体ではなく、定置物に搭載してもよい。
＜８．付記＞
　以上のように、例えば、本開示に係る音波処理装置（１）は、音波の送波のための送波信号を生成する送波信号生成部（４１）と、
　音波の受波に基づく受波信号を出力する受波信号出力部（３）と、
　前記受波信号と複数の参照波データ（Ｒｅｆ１～ＲｅｆＮ）に基づいて前記参照波データごとに並列的に相関畳み込み積分処理を行う相関畳み込み積分処理部（４３）と、
　前記相関叩き込み積分処理部から出力される相関畳み込み積分値に基づき、受波された音波が前記送波信号生成部によって送波された音波の反射波である自波であるかを判定する自波識別部（４４）と、
　を有する構成としている（第１の構成）。
　また、上記第１の構成において、前記自波識別部（４４）は、前記参照波データごとに所定期間における前記相関畳み込み積分値の最大値（相関最大値）を取得する相関最大値取得部（４４Ａ）と、取得された前記相関最大値の相対評価に基づいて自波であるかを判定する判定部（４４Ｂ）と、を有する構成としてもよい（第２の構成）。
　また、上記第２の構成において、前記判定部（４４Ｂ）は、取得された前記相関最大値が最大となる前記参照波データの周波数を特定する構成としてもよい（第３の構成）。
　また、上記第２の構成において、前記判定部（４４Ｂ）は、取得された前記相関最大値の上位３つにおける前記参照波データの周波数が３つの隣接する周波数である場合に、前記３つの隣接する周波数の中間の周波数を特定する構成としてもよい（第４の構成）。
　また、上記第２から第４のいずれかの構成において、前記受波信号からエンベロープを抽出するエンベロープ検出部（４６）と、抽出された前記エンベロープと所定の閾値とを比較する比較器（４７）と、をさらに有し、前記所定期間は、前記エンベロープが前記閾値を上回るときから前記閾値以下となるときまでの期間である構成としてもよい（第５の構成）。
　また、上記第５の構成において、前記受波信号から所定帯域の信号を抽出して前記エンベロープ検出部に出力するバンドパスフィルタ（４５）をさらに有する構成としてもよい（第６の構成）。
　また、上記第２から第６のいずれかの構成において、前記相関最大値は、前記相関畳み込み積分値の絶対値の最大値である構成としてもよい（第７の構成）。
　また、上記第１から第７のいずれかの構成において、前記送波信号生成部（４１）は、複数回の送波を行い、前記自波識別部（４４）は、前記相関畳み込み積分値が大きくなる前記参照波データの周波数が、前記複数回の送波で同じである場合、自波であると判定する構成としてもよい（第８の構成）。
　また、上記第１から第７のいずれかの構成において、前記送波信号生成部（４１）は、複数の周波数の音波を連続して送波し、前記自波識別部（４４）は、前記相関畳み込み積分値が大きくなる前記参照波データの周波数が、前記複数の周波数から同じ方向かつ同じ量でシフトしている場合、自波であると判定する構成としてもよい（第９の構成）。
　また、上記第１から第９のいずれかの構成において、前記送波信号生成部（４１）と外部の超音波送受信装置（５）との接続を可能とする第１外部端子（Ｔ１，Ｔ２）と、前記超音波送受信装置と前記受波信号出力部（３）との接続を可能とする第２外部端子（Ｔ３，Ｔ４）と、を有する構成としてもよい（第１０の構成）。
　また、本開示に係る超音波システム（１００）は、上記第１０の構成の音波処理装置（１）と、前記超音波送受信装置（５）と、を有する構成としている（第１１の構成）。
　また、上記第１から第１０のいずれかの構成の音波処理装置（１）は、車両に搭載可能であることとしてもよい（第１２の構成）。
　また、本開示に係る超音波システムは、上記第１２の構成の音波処理装置（１）を含んだ第１超音波システム（１００）と、その他の少なくとも一つの第２超音波システム（３０１，３０２，３０３）と、を有して前記車両に搭載可能な超音波システムであり、前記第１超音波システムと前記第２超音波システムは、超音波の送波およびＴＯＦ（Time　Of　Flight）計測を並行して行う構成としてもよい。
　本開示は、例えば車載用の超音波システムに利用することができる。
　　　１　　　音波処理装置
　　　２　　　ドライバ部
　　　３　　　アナログフロントエンド
　　　４　　　デジタル処理部
　　　５　　　超音波送受信装置
　　　６　　　Ａ／Ｄ変換部
　　　７　　　参照波格納部
　　　８　　　相関畳み込み積分処理部
　　　９　　　比較器
　　１０　　　受信処理部
　　２１　　　ＤＡ回路
　　３０　　　車両
　　３１　　　ローノイズアンプ
　　３２　　　ローパスフィルタ
　　３３　　　Ａ／Ｄコンバータ
　　４１　　　送波信号生成回路
　　４２　　　レジスタ
　　４３　　　相関畳み込み積分処理部
　　４４　　　自波識別部
　　４４Ａ　　相関最大値取得部
　　４４Ｂ　　判定部
　　４４Ｃ　　比較器
　　４４Ｄ　　判定部
　　４６　　　エンベロープ検出部
　　４７　　　比較器
　　４８　　　ＴＯＦ計測部
　　４９　　　シリアルインタフェース
　　８１　　　相関処理部
　　８２　　　相関処理値和算部
　１００　　　超音波システム
　３０１～３０３　超音波システム
　３５１～３５３　　　対象物
　４３１　　　相関処理部
　４３２　　　相関処理値和算部
　４８１　　　カウンタ
　５００　　　車両
１０００　　　対象物
　ＤＦ０～ＤＦｎ　フリップフロップ群
　Ｍ０～Ｍｎ　　乗算部
　ＳＲ　　　シフトレジスタ
　ＳＵＭ　　　総和算出部
　Ｔ１～Ｔ５　　外部端子
　Ｔｒ　　　トランス

Claims (13)

  1. 　音波の送波のための送波信号を生成する送波信号生成部と、
    　音波の受波に基づく受波信号を出力する受波信号出力部と、
    　前記受波信号と複数の参照波データに基づいて前記参照波データごとに並列的に相関畳み込み積分処理を行う相関畳み込み積分処理部と、
    　前記相関叩き込み積分処理部から出力される相関畳み込み積分値に基づき、受波された音波が前記送波信号生成部によって送波された音波の反射波である自波であるかを判定する自波識別部と、
    　を有する、音波処理装置。
  2. 　前記自波識別部は、
    　　前記参照波データごとに所定期間における前記相関畳み込み積分値の最大値（相関最大値）を取得する相関最大値取得部と、
    　　取得された前記相関最大値の相対評価に基づいて自波であるかを判定する判定部と、
    　を有する、請求項１に記載の音波処理装置。
  3. 　前記判定部は、取得された前記相関最大値が最大となる前記参照波データの周波数を特定する、請求項２に記載の音波処理装置。
  4. 　前記判定部は、取得された前記相関最大値の上位３つにおける前記参照波データの周波数が３つの隣接する周波数である場合に、前記３つの隣接する周波数の中間の周波数を特定する、請求項２に記載の音波処理装置。
  5. 　前記受波信号からエンベロープを抽出するエンベロープ検出部と、
    　抽出された前記エンベロープと所定の閾値とを比較する比較器と、をさらに有し、
    　前記所定期間は、前記エンベロープが前記閾値を上回るときから前記閾値以下となるまでの期間である、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  6. 　前記受波信号から所定帯域の信号を抽出して前記エンベロープ検出部に出力するバンドパスフィルタをさらに有する、請求項５に記載の音波処理装置。
  7. 　前記相関最大値は、前記相関畳み込み積分値の絶対値の最大値である、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  8. 　前記送波信号生成部は、複数回の送波を行い、
    　前記自波識別部は、前記相関畳み込み積分値が大きくなる前記参照波データの周波数が、前記複数回の送波で同じである場合、自波であると判定する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  9. 　前記送波信号生成部は、複数の周波数の音波を連続して送波し、
    　前記自波識別部は、前記相関畳み込み積分値が大きくなる前記参照波データの周波数が、前記複数の周波数から同じ方向かつ同じ量でシフトしている場合、自波であると判定する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  10. 　前記送波信号生成部と外部の超音波送受信装置との接続を可能とする第１外部端子と、
    　前記超音波送受信装置と前記受波信号出力部との接続を可能とする第２外部端子と、を有する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  11. 　請求項１０に記載の音波処理装置と、前記超音波送受信装置と、を有する、超音波システム。
  12. 　車両に搭載可能である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  13. 　請求項１２に記載の音波処理装置を含んだ第１超音波システムと、その他の少なくとも一つの第２超音波システムと、を有して前記車両に搭載可能な超音波システムであり、
    　前記第１超音波システムと前記第２超音波システムは、超音波の送波およびＴＯＦ（Time　Of　Flight）計測を並行して行う、超音波システム。
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