CN201965232U - 一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路。它至少包括距离回波信号处理单元和压控振荡器(VCO)扫频线性校正单元通过对VCO的扫频频率进行相位校正，使扫频线性度精度可极大的高。而通过对VCO的频率进行分频，以达到和参考频率同一等级。然后比较两个频率的相位，根据相位差来调整VCO的控制电压，以达到精确的频率校正的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路。本实用新型涉及一种压控振荡器(VCO)的扫频非线性校正方法，尤其是涉及到基于该扫频信号的调频连续波(FMCW)雷达测距系统用于液位计、物位计等测距使用。
背景技术
调频连续波雷达测距技术在液位测量系统中已应得到广泛应用。在这种系统中，VCO发射线性扫频信号，射频信号在碰到液面后产生回波，由于回波信号频率的滞后，使得反射信号频率和发射信号频率之间产生差频，该差频随所测液位距离变化而变化，利用该差频即可确定液位高度。
雷达测距系统的精度受各个方面的影响，如温度引起的器件特性改变、电路噪声等，在调频连续波测距系统中，影响测距精度最大的因素是VCO的扫频非线性。
然而，VCO本身并不是线性器件，具有较大的扫频非线性。而液位测距精度极大的受到扫频线性度的影响。因此，技术人员采取各种措施来提高VCO的扫频线性度。
目前主要的线性度校正方法有预校正法和闭环校正法。预校正法提前测绘出VCO的调制电压/输出频率曲线，然后根据该曲线进行补偿。但VCO的非线性随温度变化而变化，所以该种方法受温度的影响较大。且随着VCO 的老化引起性能变化，该方法将引起较大的误差。VCO闭环校正多采用延迟线的方法，通过把发射频率信号进行一定时间的延迟，然后作为回波信号再和发射信号混频，取得一个虚假的距离差拍信号。如果VCO的线性度足够，则该差拍信号将是一个标准的单一频率信号，通过对该信号的测量即可反馈调整VCO的输出频率。另外常用的闭环校正方案采用一个本振，VCO的频率和本振频率差频后进行分频，然后对该分频信号进行测量来补偿VCO的调制电压。然而上述方案的校正精度有限，一般扫频线性度在0.1％之内，仍然会对距离测量精度产生一定的影响。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种对VCO的扫频频率进行相位校正，校正精度可极大的提高。通过对VCO的频率进行分频，以达到和参考频率同一等级。然后比较两个频率的相位，根据相位差来调整VCO的控制电压，以达到精确的频率校正的目的高扫频线性度的调频连续波雷达测距方法。
本实用新型的目的是这样实现的，一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路，它至少包括距离回波信号处理单元和压控振荡器(VCO)扫频线性校正单元，其特征是：距离回波信号处理单元的天线通过环流器与混频电路电连接，混频电路中进行混频产生差拍信号输出端与放大电路电连接，放大电路的输出信号端与AD采样器电连接，AD采样器输出端与数字信号送DSP处理器电连接；扫频线性校正单元中的VCO发射电路的输出端与功放器电连接，功放器有三路输出支路，第一支路直接通过环流器与天线电连接，第二路支路与混频电路输入端电连接，第三支路与分频器输入端电连接；功放器输出端与分频器输入端电连接，分频器输出端产生一个 低频扫频信号与相位检测器的一个端口电连接，同时DSP处理器通过控制口与参考频率源的控制端电连接，参考频率源产生另外一个低频扫频信号与相位检测器另一端口电连接，两个低频信号在相位检测器中进行相位比较，其相位差输出信号端与相位/电压转换器的电压控制端电连接，相位/电压转换器生成VCO的控制电压输出与VCO发射电路的输入端电连接。
所述的相位/电压转换器采用锁相环(PLL)。所述的分频器产生一个低频扫频信号与DSP处理器控制参考频率源频率为同一数量级。所述的参考频率源它采用可编程晶振(DDS)。
本实用新型的优点是：通过对VCO的扫频频率进行相位校正，使扫频线性度精度可极大的提高。而通过对VCO的频率进行分频，以达到和参考频率同一等级。然后比较两个频率的相位，根据相位差来调整VCO的控制电压，以达到精确的频率校正的目的。
附图说明
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明：
图1是本实用新型实施例电路原理框图。
图中，1、天线；2、环流器；3、混频电路；4、放大电路；5、AD采样器；6、参考频率源；7、DSP处理器；8、分频器；9、相位检测器；10、相位/电压转换器；11、VCO发射电路；12、功放器。
具体实施方式
如图1所示，一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路，它至少包括距离回波信号处理单元和压控振荡器(VCO)扫频线性校正单元，距离回波信号处理单元中从天线1接收到的扫频信号通过环流器2后和发射信号的一个支路信号进入混频电路3，在混频电路3中进行混频产生差拍信 号，差拍信号然后通过放大电路4放达，放大电路4的输出信号进入AD采样器5变成数字信号送DSP处理器7进行频谱分析确定所测距离。
扫频线性校正单元中从VCO发射电路11的输出的信号通过功放器12分三路，一路直接通过环流器2到天线1，第二路到混频电路3，第三路到分频器8；分频器8通过功放器12提取部分高频扫频信号，由分频器8产生一个低频扫频信号至相位检测器9的一个端口，同时DSP处理器7控制参考频率源6产生另外一个期望的低频扫频信号到相位检测器9另一端口，两个低频信号在相位检测器9中进行相位比较，其相位差通过相位/电压转换器10生成VCO的控制电压到，VCO发射电路11的输入端。因此，VCO的扫频线性度取决于低频参考频率源的扫频线性度。
本实用新型中，对VCO的高频宽带扫频转变为参考频率源的低频窄带扫频，VCO的扫频线性度取决于参考频率源的扫频线性度。因此本实用新型有一个可编程高精度参考频率源6，它采用可编程晶振(DDS)。本实用新型的相位/电压转换器10采用锁相环(PLL)结构，然后通过环形低通滤波器实现VCO调制电压的输出。
通过对VCO的扫频频率进行相位校正，使扫频线性度精度可极大的提高。而通过对VCO的频率进行分频，以达到和参考频率同一等级(分频器8产生一个低频扫频信号与DSP处理器7控制参考频率源6频率为同一数量级)。然后比较两个频率的相位，根据相位差来调整VCO的控制电压，以达到精确的频率校正的目的。
Claims (4)
1.一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路，它至少包括距离回波信号处理单元和压控振荡器(VCO)扫频线性校正单元，其特征是：距离回波信号处理单元的天线(1)通过环流器(2)与混频电路(3)电连接，混频电路(3)中进行混频产生差拍信号输出端与放大电路(4)电连接，放大电路(4)的输出信号端与AD采样器(5)电连接，AD采样器(5)输出端与数字信号送DSP处理器(7)电连接；扫频线性校正单元中的VCO发射电路(11)的输出端与功放器(12)电连接，功放器(12)有三路输出支路，第一支路直接通过环流器(2)与天线(1)电连接，第二路支路与混频电路(3))输入端电连接，第三支路与分频器(8)输入端电连接；功放器(12)输出端与分频器(8)输入端电连接，分频器(8)输出端产生一个低频扫频信号与相位检测器(9)的一个端口电连接，同时DSP处理器(7)通过控制口与参考频率源(6)的控制端电连接，参考频率源(6)产生另外一个低频扫频信号与相位检测器(9)另一端口电连接，两个低频信号在相位检测器(9)中进行相位比较，其相位差输出信号端与相位/电压转换器(10)的电压控制端电连接，相位/电压转换器(10)生成VCO的控制电压输出与VCO发射电路(11)的输入端电连接。
2.根据据权利要求1所述的一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路，其特征是：所述的相位/电压转换器(10)采用锁相环(PLL)。
3.根据据权利要求1所述的一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路，其特征是：所述的分频器(8)产生一个低频扫频信号与DSP处理器(7)控制参考频率源(6)频率为同一数量级。
4.根据据权利要求1所述的一种高扫频线性度的调频连续波雷达测距电路，其特征是：所述的参考频率源(6)它采用可编程晶振(DDS)。
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