PreScan快速入門到精通第三十四講：基于PreScan進(jìn)行超聲波雷達(dá)傳感器仿真

超聲波傳感器是一種基于高頻聲波（＞20 kHz）的收發(fā)器。超聲波傳感器的工作原理與雷達(dá)傳感器非常相似，通過分析傳輸信號的回波來評估目標(biāo)的屬性。

超聲波傳感器在汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。典型的應(yīng)用是倒車時的障礙物檢測、停車輔助系統(tǒng)和自動停車系統(tǒng)。在第一種應(yīng)用中，通常2到4個傳感器安裝在后保險杠上，第二種一般在前方同樣安裝超聲波傳感器，在自動停車系統(tǒng)中，一般還需要加上左右兩側(cè)的超聲波傳感器，測量的距離為2至4米，并通過不同的蜂鳴器聲音傳達(dá)給駕駛員。在后一種應(yīng)用中，傳感器數(shù)據(jù)被輸入到控制器中，控制轉(zhuǎn)向、驅(qū)動和制動。

市場上有各種各樣的超聲波傳感器。它們在安裝配置、環(huán)境密封和電子功能上有所不同。在聲學(xué)上，它們在工作頻率和輻射模式上有所不同。

34．1 超聲波工作原理

超聲波傳感器是一個發(fā)射聲波并接收該聲波反射的收發(fā)器。收發(fā)器是一種換能器，當(dāng)作為發(fā)射器使用時，將電能轉(zhuǎn)換成聲波，當(dāng)作為接收器使用時，將入射聲波轉(zhuǎn)換成電信號。 距離的測量是基于聲波的往返飛行時間。知道介質(zhì)中的聲速v和往返飛行時間T，則到目標(biāo)物體的距離R為

。

然而，只有當(dāng)接收到的聲波強(qiáng)度足夠大時，才能進(jìn)行這種計算。這個強(qiáng)度取決于發(fā)射波的強(qiáng)度、輻射模式、到目標(biāo)物的距離、介質(zhì)的透射率和目標(biāo)物的特性。聲波的強(qiáng)度稱為聲壓級（SPL），詳見下文超聲波公式。發(fā)射和接收SPL之間的差值稱為能量損失EnergyLoss。

在 ＂預(yù)掃描 ＂中，超聲波傳感器將只檢測離傳感器最近的物體。在PreScan中，目標(biāo)物體的范圍將被探測到，與EnergyLoss無關(guān)。當(dāng)EnergyLoss被認(rèn)為過低時，用戶可自行決定是否放棄該讀數(shù)。天氣設(shè)置（降水／霧）不會自動影響結(jié)果。用戶應(yīng)通過衰減值來仿真天氣的影響。

34．2 超聲波傳感器在Simulink中的表現(xiàn)形式

超聲波傳感器在SIMUlink的解調(diào)模塊的輸出總線包含以下信號。

聲波在目標(biāo)物上的仰角入射角。

角度的方向請參考公約?？偩€上所有信號的尺寸為一。

34．3 超聲波對話選項卡

34．3．1位置選項卡

通過輸入位置和方向值，傳感器將相對于角色的原點進(jìn)行移動和旋轉(zhuǎn)。角色的局部軸定義原點為藍(lán)色，而傳感器的局部軸定義和原點則顯示為紅色。正定位角的定義請參考公約。注1：圖形表示只有在改變生效后才會更新。

注2：所描述的傳感器光束表示法可能無法反映實際情況，因為光束表示法只是二維的。這意味著只有2D平面上的方向變化才會被考慮在內(nèi)。例如，在頂視圖平面上，只有光束的方位角方向是正確的可視化。如果傳感器傾斜了90度，其表現(xiàn)與傳感器未傾斜時相同。類似的情況也發(fā)生在 ＂構(gòu)建區(qū)域 ＂中。

34．3．2 基本選項卡

此選項卡允許更改傳感器的捕獲頻率，以及光束視場和范圍。請注意，超聲波傳感器使用的是錐形光束，因此方位角和仰角視場始終是相同的，而仰角值將始終保持灰色。