正過(guò)來(lái)，倒過(guò)去

有參加智能車(chē)競(jìng)賽的同學(xué)提議，信標(biāo)組發(fā)送的聲音導(dǎo)航信號(hào)不要中間的間隔，這樣可以使得聲音測(cè)量速度提高一倍。這的確是一個(gè)很好的想法。

今天收到北京科技大學(xué)佟超發(fā)送過(guò)來(lái)的合成Chirp定位信號(hào)。他巧妙的將Chirp信號(hào)反褶過(guò)來(lái)填充在原來(lái)定義的0.2048空閑區(qū)間，這樣聽(tīng)起來(lái)就有意思了。

下面是連續(xù)正反播放的Chirp信號(hào)波形。

使用python中numpy的spectrum繪制的信號(hào)的時(shí)頻聯(lián)合分布圖，可也稱(chēng)清楚看到信號(hào)的頻率在上下波動(dòng)。

根據(jù)同學(xué)們的建議，將Chirp信號(hào)連續(xù)起來(lái)的確可以提高導(dǎo)航信號(hào)發(fā)送的速率，使得信標(biāo)比賽的車(chē)模運(yùn)行更加平順。

由于導(dǎo)航聲音連續(xù)，所以在接受信號(hào)的時(shí)候，可以不用管聲音的起始位置，只要能夠接收到0.2048秒，就基本上可以保證一幀的數(shù)據(jù)。但是使用上面左右翻轉(zhuǎn)拼接的Chirp信號(hào)，如果僅僅取0.2048秒的數(shù)據(jù)，那么隨著不同位置，信號(hào)的波形還是有很大的區(qū)別的。如下面動(dòng)圖所示。

有的時(shí)候，數(shù)據(jù)高頻比較多，有的時(shí)候信號(hào)中的低頻比較多。這就是的該信號(hào)用于定位的時(shí)候，效果不一樣。

下面分別將不同起始位一幀0.2048秒信號(hào)的自相關(guān)的波形繪制如下動(dòng)圖：

使用自相關(guān)來(lái)確定聲音的延時(shí)，為了獲得更加精確地?cái)?shù)值，需要自相關(guān)的峰值比起它周?chē)男盘?hào)要高很多才行。下面顯示了不同起始位置信號(hào)自相關(guān)核心位置波形變化?？梢钥吹诫S著選取信號(hào)起始點(diǎn)不同，自相關(guān)的峰值與周?chē)盘?hào)的大小比例還是變化很大的。

如果不使用反褶Chirp信號(hào)去填補(bǔ)原來(lái)空閑的信號(hào)，而是直接將Chirp信號(hào)，不經(jīng)過(guò)反褶，直接重復(fù)填充。這樣在0.2048秒內(nèi)的波形，無(wú)論起始點(diǎn)是哪個(gè)時(shí)刻，它所包含的高頻、低頻波形都是相同的，只是位置不同。但這不影響信號(hào)的自相關(guān)的結(jié)果。

下面給出了不同起始位置，重復(fù)Chirp信號(hào)自相關(guān)的波形，可以看到信號(hào)的自相關(guān)變化不大。

放大自相關(guān)核心波形，可以看到它的峰值基本上保持不變。

如果還是按照以前的有間斷的Chirp信號(hào)，那么隨著采集的起始位置不同，信號(hào)的自行關(guān)會(huì)發(fā)生很大的變化。這就是的位置判斷變得不太可靠。

因此，為了使得信號(hào)采集的起始位置不影響自相關(guān)信號(hào)波形，進(jìn)而使得測(cè)量聲音延時(shí)變的可靠，那么只要保證采集的時(shí)間為0.4096，也就是連續(xù)采集兩幀的數(shù)據(jù)即可。

下面顯示了三種Chirp信號(hào)波形（斷續(xù)波形、重復(fù)波形、正反波形）下，連續(xù)采集0.4096秒的數(shù)據(jù)自行關(guān)波形?？梢钥吹阶韵嚓P(guān)信號(hào)的波形基本上保持一致。

下面是將重復(fù)Chirp信號(hào)與反褶Chirp信號(hào)在不同起始位置下自相關(guān)核心波形的對(duì)比?？梢钥吹剿麄兓旧媳３忠恢?。

采集連續(xù)兩幀的聲音數(shù)據(jù)不僅可以保證自相關(guān)信號(hào)特性不變，同時(shí)也提高自相關(guān)信號(hào)的信噪比。但這也將前面所提到測(cè)量數(shù)據(jù)更新速率有降一倍。

因此，為了提高測(cè)量速率，除了使用重復(fù)Chirp信號(hào)之外，還可通過(guò)使用先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)隊(duì)列（保存0.4096秒的數(shù)據(jù)）來(lái)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)，這樣就可以在任意時(shí)間點(diǎn)，通過(guò)相關(guān)運(yùn)算來(lái)確定聲音信號(hào)的延遲了。