超聲波液位計基于DSP的探討 二十三
5．DSP的算法設計
由第二章的敘述可以知道本課題設計的超聲波液位計的回波信號不適合采用模擬信號的處理方法來判斷超聲波回波信號的首波。超聲波回波的首波到達時間的判斷對超聲波液位計測量精確度的影響很大，對于本課題所選擇的串聯諧振為40KHz的超聲波換能器，如果將第二回波誤認為首波，則將產生8mm的誤差，以此類推，將第n個回波誤認為是首波，則產生的誤差。
如上所述，在本課題中選擇數字信號處理方法。數字信號處理的任務是從信號中提取所需要的信息，并將其用于實際，本課題中實際研發過程中用到的數字信號處理的部分是：(1)設計數字濾波器對采集到的信號進行數字濾波；(2)實現互相關算法將處理過的信號和基準信號進行互相關運算，得出距離信息．
5．1互相關算法
5．1．1互相關檢測法
兩個變量之間若存在一一對應的確定關系，則稱兩者存在著函數關系，若是隨著某一個變量數值的確定，另一個交量卻可能取得許多不同的值，二者的取值之間存在一定的概率統計規律，則認為兩個變量之間存在相關關系。互相關函數用于描述兩個信號之間的相互關系，相關檢測技術是基于信號和噪聲的統計特性進行檢測的。從本質上來說，相關函數代表的是兩個時域信號相似性的一種指標。
相關檢測的核心功能就是檢測兩個時間信號的相似性，其主要應用包括以下三個方面：(1)從噪聲中提取信號，利用的是有用信號與某一特定信號的相關性，而該假定特定信號與隨機噪聲之間沒有相關性(其互相關函數為O)；(2)渡越時間檢測，若是兩路信號在時間域內具有時間延遲特性，則利用互相關函數在該延時處取得最大值的特性，可以由該峰值位置測量出延時時間的大小；(3)系統辨識以及其他領域。本文利用的就是第二個功能，檢測超聲波回波在時間軸上的時間延遲。實驗和超聲波換能器振動理論均表明超聲波回波信號有兩個重要特點㈣：(1)相關性，對同一裝置和同一對象，超聲波回波信號隨著探測距離的改變只有強弱的變化，而波形變化不大，也就是說回波信號之間是具有很好的相關性的；(2)窄帶性，因為超聲回波信號是以探頭諧振頻率為主頻率的衰減震蕩信號，所以信號的頻率主要分布在以換能器的諧振頻率為中心的一個較窄的頻域上．根據這些特點，可以采用的數字信號處理方法為互相關。
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