超聲波液位計(jì)基于DSP的探討 二十六
5．1．4使用FFT來(lái)計(jì)算iFFT
為了簡(jiǎn)化算法函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，考慮到iFFT與FFT運(yùn)算之問(wèn)的差別僅有兩點(diǎn)：(1) 將旋轉(zhuǎn)因子e二產(chǎn)改變?yōu)?span lang="EN-US">e簪；(2)多除以N的運(yùn)算。在實(shí)際運(yùn)算過(guò)程中，這兩點(diǎn)之間并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，將其設(shè)計(jì)在同一個(gè)程序中，使用函數(shù)的形參來(lái)區(qū)分二者的運(yùn)算類(lèi)型．
5．2分步相關(guān)法的實(shí)現(xiàn)
經(jīng)過(guò)以上的改進(jìn)措施以后，互相關(guān)函數(shù)的運(yùn)算量已經(jīng)降低了很多。為了更大程度的增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，如下圖所示為多次測(cè)量過(guò)程中超聲波回波在時(shí)間軸上的位置，可以看出，超聲波回波信號(hào)在時(shí)間軸上只是很短的一段。
以15m量程、10脈沖激發(fā)為例，超聲波回波信號(hào)持續(xù)的時(shí)間大概為lmS，而整個(gè)信號(hào)的時(shí)間大約為0．088S，也就是說(shuō)有用信息只占上述處理算法的1．1 3％。而上述研究的算法，無(wú)一例外，都是對(duì)整個(gè)時(shí)間軸進(jìn)行處理，這樣一來(lái)，就意味著DSP進(jìn)行了98．87*／0的無(wú)效運(yùn)算。能否降低這一部分的運(yùn)算量?這一點(diǎn)成為能否改進(jìn)整體算法以及增進(jìn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。
為了解決上述存在的問(wèn)題，本課題中采用做兩次互相關(guān)函數(shù)的方法。使用該方法的理論依據(jù)是超聲波回波的包絡(luò)線之間存在一定的互相關(guān)性，但是包絡(luò)線之間的互相關(guān)函數(shù)與超聲波回波原始波形的互相關(guān)函數(shù)相比較，其分辨率要小得多，換言之，超聲波原始回波的波形得出的互相關(guān)函數(shù)其峰值更加尖銳。以實(shí)驗(yàn)中的超聲波回波信號(hào)為例，截除激發(fā)部分以后，包絡(luò)線以后與包絡(luò)線基準(zhǔn)的互相關(guān)函數(shù)與原始信號(hào)與原始回波信號(hào)基準(zhǔn)的互相關(guān)函數(shù)的比較可以看出，后者的互相關(guān)函數(shù)其峰值更加尖銳，相比較而言，測(cè)量結(jié)果將更加準(zhǔn)確。
所以在本課題中信號(hào)處理的具體措施分兩部實(shí)現(xiàn)(1)把采集到的超聲波回波信號(hào)按照5：1進(jìn)行二次采樣，也就相當(dāng)于按照100KHz的頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)初步的處理以后，求出該信號(hào)的包絡(luò)線，將該包絡(luò)線與基準(zhǔn)信號(hào)的包絡(luò)線進(jìn)行上面提到的互相關(guān)運(yùn)算，求出超聲波回波出現(xiàn)在時(shí)間軸上的大致位置；(2)截取上一步中確定的有效信號(hào)波形所在區(qū)間內(nèi)的原始數(shù)據(jù)波形，將其與原始的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，確定精確的液位信患。
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