超声探测音频导盲仪的应用示范

　　1引言

　　中国视力残疾人口数量巨大，2006年第二次全国残疾人抽样调查结果[1]数据显示：截至2006年4月1日，全国视力残疾人口总数已达到1233万人，而且数量还在不断增加。广大盲人和弱视人群体，由于缺乏视觉信息辅助，日常出行极为不便。由于价格低廉，易学易用，传统盲杖仍旧是中国盲人出行的最主要辅助工具，而目前国际公认最有效的盲人辅助行走方式是使用导盲犬。在实际生活中，盲杖和导盲犬有着各自应用局限：盲杖探测范围较小，只能探查前方1m左右距离的障碍，而且难以发现悬在空中的障碍;而专业导盲犬的训练周期长，淘汰率高，每只导盲犬价格高达十余万元，普通盲人无法承受。为帮助盲人朋友解决日常出行困难， 笔者研制了一种超声探测音频导盲仪，导盲仪使用音频信号，向盲人反馈周边障碍物信息，不仅可以反映障碍物是否存在、数量多少和在何方向，而且可以提示障碍物的距离。本导盲仪能够帮助盲人更全面地感知周围环境，减少他们在行动时因不了解环境而产生的恐惧感。在行技术研发，系统工程实现的同时，为保证导盲仪的实用性，笔者制定了详细的应用示范推广方案，通过与各级残联合作，在盲人群体中开展了试用、培训和效果评估工作。通过综合训练，盲人可以在大脑中建立反馈声音和周围环境的反射效应，达到以听代视的效果。

　　2超声探测音频导盲仪简介

　　2.1超声探测导盲原理

　　超声波信号传播时，遇到障碍物会产生反射回波，超声波探测可在多种领域得到应用[2]。笔者在空气中发射超声波并对接收到的回波进行信号处理分析，获取障碍物信息。为持续获取障碍物距离信息，笔者选择连

　　续发射线性调频信号(Continuous Transmitted FrequencyModulated，CTFM)[3]为探测信号。CTFM信号频率随时间变化特性如图1所示。

　　系统工作时，扫频发射超声波，扫频以时间周期T循环，扫频方式为线性扫频，频率范围为fl~fh，如图1中左侧实线所示; 超声波信号遇到障碍物发生反射，反射回波信号被系统接收， 如图1中右侧实线所示。回波信号与本次发射信号开始时间有延时τ， 延时反映障碍物和发射源之间的距离，反射信号的幅度反映障碍物的体积等信息。

　　由于多个障碍物反射信号的接收是同时的，单个反射信号的延时τ无法直接观测得到。 由图1中可见：回波信号与接收回波时刻的发射信号的频率差为△f，△f与此回波的延时τ为一一对应关系。 因此，可以通过提取发射与接收回波信号的频率差△f的方式，确定τ，最终确定障碍物距离。 经推导△f与障碍物距离d之间的关系为[4]