CN102279397A - 一种主动变频式lfmcw雷达测距装置 - Google Patents

一种主动变频式lfmcw雷达测距装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102279397A
CN102279397A CN2011101996232A CN201110199623A CN102279397A CN 102279397 A CN102279397 A CN 102279397A CN 2011101996232 A CN2011101996232 A CN 2011101996232A CN 201110199623 A CN201110199623 A CN 201110199623A CN 102279397 A CN102279397 A CN 102279397A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
beat signal
radar
change
difference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011101996232A
Other languages
English (en)
Inventor
涂亚庆
刘良兵
肖玮
谭晓衡
王保华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN2011101996232A priority Critical patent/CN102279397A/zh
Publication of CN102279397A publication Critical patent/CN102279397A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及线性调频连续波(LFMCW)雷达测距装置，特别是一种主动变频式LFMCW雷达测距装置。在普通LFMCW雷达测距装置基础上，新增了传输电缆控制器和扫频斜率控制器，以实现按频率差或频率比的方式改变差拍信号频率的功能，从而实现避开强干扰频带等效果，可提高频率估计精度。其中，使用传输电缆控制器可改变LFMCW雷达射频电路输出端口到天线输入端口之间的连接电缆长度，使得改变前后的差拍信号之间存在频率差关系，且该频率差可由传输电缆长度差计算得到；使用扫频斜率控制器可改变LFMCW雷达射频电路中压控振荡器输入电压的变化斜率，使得改变前后的差拍信号之间存在频率比关系，且该频率比可由扫频斜率比计算得到。

Description

一种主动变频式LFMCW雷达测距装置
技术领域
本发明涉及线性调频连续波(LFMCW)雷达测距装置，特别是一种主动变频式LFMCW雷达测距装置，更具体地说，涉及将LFMCW体制的雷达发射波发射到被测目标处，形成雷达反射波，接收雷达反射波与雷达发射波混频得到差拍信号，对该差拍信号进行数字信号处理以获取差拍信号中包含的距离信息的雷达测距装置。
背景技术
LFMCW雷达测距装置一般工作过程如下。首先由压控振荡器(VCO)在调频电压的控制下产生线性扫频振荡信号。经过上变频器提升载波频率后，该振荡信号由传输电缆送达T组件处，由天线将其发射到被测目标上。被测目标处反射回来的振荡波被R组件接收，然后进入混频器，从而得到携带距离信息的差拍信号。经信号采集后，差拍信号在数字信号处理模块中被进一步处理，可得到被测目标距离信息，其数学原理如下。
设发射信号、反射信号和差拍信号分别为S发、S反和S差，则
Figure BSA00000539097400011
Figure BSA00000539097400012
Figure BSA00000539097400013
式中，A发为雷达发射波的幅度，f中为雷达发射波的中心频率，B为扫频带宽，T为扫频周期，为雷达发射波的初相位，k空为空间衰减系数，td为雷达波在天线与被测目标之间往返所耗费的时间，k混为混频增益。则差拍信号S差的频率
Figure BSA00000539097400015
td≤t＜T
设被测目标与天线之间的距离为L，雷达波的传播速度为c，则可以根据差拍信号的频率
Figure BSA00000539097400016
上述内容为LFMCW雷达测距的基本原理。在实际测量时，因为测量过程中存在多种噪声源，如雷达射频电路中的热噪声、雷达波中掺杂的环境杂波等，所以当差拍信号的频率落在此类较强干扰信号的频带内时，差拍信号将会被干扰信号淹没，导致信噪比(SNR)偏低，难以满足高精度频率测量的需要。而只有实现差拍信号的高精度频率估计，才能获得高精度的测距结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动变频式LFMCW雷达测距装置，即一种能根据频率差或频率比要求改变差拍信号频率的LFMCW雷达测距装置。相比于普通LFMCW雷达测距装置，本发明增加了传输电缆长度控制器和扫频斜率控制器，其功能分别为按照频率差和频率比的方式改变差拍信号的频率，从而实现避开强干扰频带等效果，可提高测距精度。
基于以上分析，本发明采用以下技术方案：
一种主动变频式LFMCW雷达测距装置，用以产生LFMCW体制的雷达发射波到被测目标处形成雷达反射波，接收雷达反射波与雷达发射波混频得到差拍信号，对差拍信号进行数字信号处理以获取差拍信号中包含的距离信息，其特征在于：该装置还包括传输电缆长度控制器和扫频斜率控制器，可实现按频率差或频率比的方式改变差拍信号频率的功能；
传输电缆长度控制器，以改变雷达射频电路输出端口到天线输入端口之间的连接电缆长度的方式，达到主动改变差拍信号频率的目的；并且改变前后差拍信号的频率差关系可根据连接电缆的长度计算得到；
扫频斜率控制器，以改变雷达射频电路中压控振荡器输入电压的变化斜率的方式，达到主动改变差拍信号频率的目的；并且改变前后差拍信号的频率比关系可由变化斜率计算得到。
(1)频率差构造原理
详细分析差拍信号频率f差的形成原因可以看出，除了雷达波在空气中往返传播耗时td之外，f差还受到发射信号在传输电缆中的传播耗时t缆的影响。
Figure BSA00000539097400021
由上式可知，若增加传播电缆的物理长度，则t缆将增大，导致f差增加。设和
Figure BSA00000539097400023
分别表示改变传输电缆长度前后的不同f差，则前后差拍信号之间的频率加性变化(即频率差)
Figure BSA00000539097400024
由于Δt缆可以在测距之前标定得到，所以在和
Figure BSA00000539097400026
都未知的情况下，仍然可以根据Δt缆计算得到Δf差。
(2)频率比构造原理
详细分析差拍信号频率f差的形成原因可以看出，除了雷达波在空气中往返传播耗时td之外，f差还受到扫频斜率k斜的影响，即
Figure BSA00000539097400027
由上式可知，本发明可以使用扫频斜率控制器改变调频电压发生器的输出电压的斜率，使得VCO输出的线性调频连续波的扫频斜率k斜发生相应改变。设当扫频斜率为
Figure BSA00000539097400028
时，得到的差拍信号频率为
Figure BSA00000539097400029
而当扫频斜率为
Figure BSA000005390974000210
时，得到的差拍信号频率为
Figure BSA000005390974000211
则前后差拍信号之间的频率乘性变化(即频率比)
Figure BSA00000539097400031
由于
Figure BSA00000539097400032
和
Figure BSA00000539097400033
均为已知，所以在和都未知的情况下，仍然可以根据计算得到P差。
本发明可在一定程度上提高测距精度。例如，当差拍信号频率落在某些强干扰信号频带中时，可使用传输电缆长度控制器改变传输电缆长度，使得差拍信号频率发生加性变化(基于频率差构造原理)，从而避开强干扰信号频带，以提高差拍信号频率的估计精度，然后再根据传输电缆的长度差对差拍信号频率的估计值进行加性补偿，从而得到更高精度的测距结果。再例如，当差拍信号频率落在某些强干扰信号频带中时，还可使用扫频斜率控制器改变压控振荡器输入电压的变化斜率，使得差拍信号频率发生乘性变化(基于频率比构造原理)，从而避开强干扰信号频带，以提高差拍信号频率的估计精度，然后再根据扫频斜率的斜率比对差拍信号频率的估计值进行乘性补偿，从而得到更高精度的测距结果。
附图说明
图1是LFMCW雷达测距装置的普通结构方框图；
图2是实施例的结构方框图；
图3是实施例的工作流程图；
图4是实施例的总体框架图；
图5是实施例的结构布局示意图；
图6是实施例的发射通道的各级输出功率及增益、插损框图。
具体实施方式
现参考附图详细说明本发明的一个实施例。
如附图1和附图2所示，该实施例可利用现有LFMCW雷达测距装置的硬件基础，只需要增加传输电缆长度控制器和扫频斜率控制器即可，硬件改动成本较小。
如附图3所示，该实施例的操作流程较为简单。
该实施例的总体框架如附图4所示。可以看出，本实施例包括收发天线模块、毫米波射频电路模块、信号采集与存储模块、信号处理模块和终端显控模块共六个组成部分。
其中，终端显控模块的功能包括：①对目标距离、各模块故障信息等数据进行显示；②根据用户命令产生系统开机、复位、关机、扫频斜率、传输电缆长度等控制信息，送入系统各模块。
毫米波射频电路模块的功能包括：①在扫频斜率控制器中，根据终端显控模块提供的扫频斜率信息产生并输出对应调制电压进入毫米波收发前端；②在传输电缆长度控制器中，根据终端显控模块提供的传输电缆长度等控制信息，改变传输电缆组的电路连接方式，从而选择合适的传输电缆，以改变传输电缆的有效长度；③产生变频、采样和信号处理所需的各种频综。
如附图5所示，该实施例采用一个大约52cm×55cm×100cm箱子结构，箱子背面安装风扇进行散热，侧面安装终端显控屏幕。
在结构布局上：①收发天线固定安装在箱子顶部，通过波导与箱内射频收发前端相连；②毫米波射频前端模块安装在最上层，尽量靠近天线以减少馈线长度；③信号采集与存储模块、信号处理模块和终端显控模块安装在中层，减少层间跨线；④模拟与数字电源安装在最下层，尽量靠近出风口便于散热。
该实施例的压控振荡器(VCO)选用Hittite公司产品HMC533LP4，功率放大器选用HMC498，此时发射通道级联框图如附图6所示。
另外，该实施例的最低扫频频率为24.125GHz，采用收发天线分离结构，收发波束宽度约5.5度；该实施例的接收通道主要由限幅器、低噪声放大、混频等组成。其中限幅器选用Triquint公司的单片TGL2201-EPU来完成抗烧毁限幅，低噪声放大器位于限幅器后，选用UMS公司的CHA2069-99F，而混频器为Hittite公司的混频器HMC524；该实施例的信号处理模块的输入信号为A/D输出16bits I/Q信号，输入数据率≥10Msps。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以构造出本发明的许多变化很大的实施例。除了本专利的权利要求书所定义的以外，本发明不限于说明书中描述的具体实施例。

Claims (1)

1.一种主动变频式LFMCW雷达测距装置，用以产生LFMCW体制的雷达发射波到被测目标处形成雷达反射波，接收雷达反射波与雷达发射波混频得到差拍信号，对差拍信号进行数字信号处理以获取差拍信号中包含的距离信息，其特征在于：该装置还包括传输电缆长度控制器和扫频斜率控制器，可实现按频率差或频率比的方式改变差拍信号频率的功能；
传输电缆长度控制器，以改变雷达射频电路输出端口到天线输入端口之间的连接电缆长度的方式，达到主动改变差拍信号频率的目的；并且改变前后差拍信号的频率差关系可根据连接电缆的长度计算得到；
扫频斜率控制器，以改变雷达射频电路中压控振荡器输入电压的变化斜率的方式，达到主动改变差拍信号频率的目的；并且改变前后差拍信号的频率比关系可由变化斜率计算得到。
CN2011101996232A 2011-07-15 2011-07-15 一种主动变频式lfmcw雷达测距装置 Pending CN102279397A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101996232A CN102279397A (zh) 2011-07-15 2011-07-15 一种主动变频式lfmcw雷达测距装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101996232A CN102279397A (zh) 2011-07-15 2011-07-15 一种主动变频式lfmcw雷达测距装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102279397A true CN102279397A (zh) 2011-12-14

Family

ID=45104948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101996232A Pending CN102279397A (zh) 2011-07-15 2011-07-15 一种主动变频式lfmcw雷达测距装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102279397A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103048656A (zh) * 2012-12-25 2013-04-17 河南东陆高科实业有限公司 基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统及方法
CN103914983A (zh) * 2014-04-17 2014-07-09 西安飞达电子科技有限公司 一种交通卡口管理雷达装置及实现方法
CN104079269A (zh) * 2014-05-30 2014-10-01 中国电子科技集团公司第十研究所 微波vco直接调制高线性调频信号发生电路
CN107576946A (zh) * 2017-07-21 2018-01-12 电子科技大学 一种基于同步脉冲的lfmcw雷达调频区间自动区分方法
CN107765239A (zh) * 2016-08-22 2018-03-06 邹谋炎 一种经济型短距测距雷达的设计和实现方法
CN108983240A (zh) * 2018-05-23 2018-12-11 中国电子科技集团公司第四十研究所 基于正交调制体制的防撞毫米波雷达目标信号模拟系统及方法
WO2021102693A1 (zh) * 2019-11-26 2021-06-03 珠海微度芯创科技有限责任公司 一种多输入多输出的雷达和移动工具
CN113466806A (zh) * 2021-08-31 2021-10-01 北京海兰信数据科技股份有限公司 一种雷达同频干扰抑制方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006035199A1 (en) * 2004-09-28 2006-04-06 Qinetiq Limited Frequency modulated continuous wave (fmcw) radar having improved frequency sweep linearity
CN101064510A (zh) * 2007-04-19 2007-10-31 电子科技大学 低相位杂散的频率合成方法
CN101065878A (zh) * 2004-11-30 2007-10-31 摩托罗拉公司 用于延迟射频信号的装置
CN101802644A (zh) * 2007-09-12 2010-08-11 罗伯特·博世有限公司 具有对应于不同角度范围的、间隔开的、具有不同斜率的线性频率斜坡的机动车fmcw雷达

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006035199A1 (en) * 2004-09-28 2006-04-06 Qinetiq Limited Frequency modulated continuous wave (fmcw) radar having improved frequency sweep linearity
CN101065878A (zh) * 2004-11-30 2007-10-31 摩托罗拉公司 用于延迟射频信号的装置
CN101064510A (zh) * 2007-04-19 2007-10-31 电子科技大学 低相位杂散的频率合成方法
CN101802644A (zh) * 2007-09-12 2010-08-11 罗伯特·博世有限公司 具有对应于不同角度范围的、间隔开的、具有不同斜率的线性频率斜坡的机动车fmcw雷达

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
肖玮等: "VCO扫频非线性校正技术综述", 《电测与仪表》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103048656A (zh) * 2012-12-25 2013-04-17 河南东陆高科实业有限公司 基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统及方法
CN103048656B (zh) * 2012-12-25 2014-03-05 河南东陆高科实业有限公司 基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统及方法
CN103914983A (zh) * 2014-04-17 2014-07-09 西安飞达电子科技有限公司 一种交通卡口管理雷达装置及实现方法
CN104079269A (zh) * 2014-05-30 2014-10-01 中国电子科技集团公司第十研究所 微波vco直接调制高线性调频信号发生电路
CN104079269B (zh) * 2014-05-30 2016-08-17 中国电子科技集团公司第十研究所 微波vco直接调制高线性调频信号发生电路
CN107765239A (zh) * 2016-08-22 2018-03-06 邹谋炎 一种经济型短距测距雷达的设计和实现方法
CN107576946A (zh) * 2017-07-21 2018-01-12 电子科技大学 一种基于同步脉冲的lfmcw雷达调频区间自动区分方法
CN107576946B (zh) * 2017-07-21 2020-09-25 电子科技大学 一种基于同步脉冲的lfmcw雷达调频区间自动区分方法
CN108983240A (zh) * 2018-05-23 2018-12-11 中国电子科技集团公司第四十研究所 基于正交调制体制的防撞毫米波雷达目标信号模拟系统及方法
CN108983240B (zh) * 2018-05-23 2021-04-02 中国电子科技集团公司第四十一研究所 基于正交调制体制的防撞毫米波雷达目标信号模拟系统及方法
WO2021102693A1 (zh) * 2019-11-26 2021-06-03 珠海微度芯创科技有限责任公司 一种多输入多输出的雷达和移动工具
CN113466806A (zh) * 2021-08-31 2021-10-01 北京海兰信数据科技股份有限公司 一种雷达同频干扰抑制方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102279397A (zh) 一种主动变频式lfmcw雷达测距装置
CN102955155B (zh) 一种分布式有源相控阵雷达及其波束形成方法
CN203893913U (zh) 用于确定距罐中的物品的表面的距离的雷达物位计
CN103297045A (zh) 高灵敏度单天线fmcw雷达
CN103064080B (zh) 一种连续波目标引导雷达
CN108535540B (zh) 一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法
CN104330801A (zh) 一种基于全数字阵列的有源相控阵天气雷达系统
KR101287973B1 (ko) Fmcw 레이더 점검용 지연장치
CN204177963U (zh) 一种基于全数字阵列的有源相控阵天气雷达系统
CN202794515U (zh) 一种fmcw船用导航雷达
CN112485780A (zh) 一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统
CN205749892U (zh) 一种基于微波干涉仪的高精度测船雷达
CN104199019A (zh) 一种连续波探测器测试系统
CN112985540B (zh) 基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计
LU502554B1 (en) Millimeter wave doppler radar array for measuring wind speed and wind direction
KR20120020890A (ko) 고정밀 거리 측정을 주파수변조연속파 레이더의 측정 장치 및 방법
CN207571301U (zh) 一种多目标交通雷达
CN115792916A (zh) 一种微波光子测风雷达装置
CN113126097B (zh) 一种气象探测方法及数字相控阵天气雷达
CN106772345B (zh) 一种远距离即插即用型位移雷达目标反射器
CN112986976B (zh) 一种水流测速雷达
CN109084647A (zh) 远距离探测近炸起爆控制装置及方法
CN105182323A (zh) 一种fmcw雷达测距系统
CN111948641B (zh) 基于时间调制技术的调频连续波探测系统及方法
CN202018509U (zh) 输电线路导线对地距离监测装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20111214