CN218445960U - 一种基于毫米波雷达的高精度检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及雷达领域，公开一种基于毫米波雷达的高精度检测系统，系统包括彼此相互连接的MCU芯片、DC/DC转换器、线性稳压器、毫米波芯片，毫米波芯片还通过多个发送通路和接收通路与天线模组连接，DC/DC转换器和线性稳压器用于将外部电压信号转换为MCU芯片和毫米波芯片相匹配的电压信号，MCU芯片通过线性稳压器的电压输出来驱动毫米波雷达，以使得毫米波雷达通过天线模组连续进行线性调频脉冲信号的发射与接收。本实用新型相对于了传统的毫米波雷达，数字锁相环模块、压控振荡器、ADC模块以及多个第一相位控制器和第二相位控制器同步操作可以获得更精确的距离和角度数据。

Description

一种基于毫米波雷达的高精度检测系统

技术领域

本实用新型涉及雷达领域，尤其涉及一种基于毫米波雷达的高精度检测系统。

背景技术

随着智能家居的兴起，在智能家居产品领域的运动监测、人员位置状态检测的应用越来越多，相较于激光雷达、时间飞行法(Tof)的方案，毫米波雷达的成本更低。与红外可见光方案相比，毫米波雷达不受光照条件影响，也不会泄露人脸信息、居家环境等用户个人隐私，同时毫米波雷达具有传输距离远、对运动物体感知灵敏、不受光照条件影响、成本可控等优点。在个人隐私信息普遍受到重视的今天，毫米波雷达技术路线在智能家居领域的应用优势会越来越明显。

但是，传统的毫米波雷达模块在检测精度上存在不足的问题，对假目标物体如工作的电风扇、工作的扫地机器人、被风吹动的植物等等都会存在检测不足；随着消费者对高精度传感器需求增大，为了进一步提升模块的实时检测能力和精度，急需开发一种毫米波雷达的高精度检测模块及装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于毫米波雷达的高精度检测系统。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种基于毫米波雷达的高精度检测系统，所述系统包括彼此相互连接的MCU芯片、DC/DC转换器、线性稳压器、毫米波芯片，所述毫米波芯片还通过多个发送通路和接收通路与天线模组连接，所述DC/DC转换器和所述线性稳压器用于将外部电压信号转换为所述MCU芯片和所述毫米波芯片相匹配的电压信号，所述MCU芯片通过所述线性稳压器的电压输出来驱动所述毫米波芯片，以使得所述毫米波芯片通过所述天线模组连续进行线性调频脉冲信号的发射与接收，其中：

所述毫米波芯片包括数字锁相环模块、压控振荡器、ADC模块以及多个第一相位控制器和第二相位控制器，所述数字锁相环模块与所述压控振荡器连接，所述压控振荡器连接至多个所述第一相位控制器、所述第二相位控制器，多个所述第一相位控制器和所述第二相位控制器分别设置于不同的所述发送通路和所述接收通路中，所述接收通路中设置有混频器，所述混频器与所述第二相位控制器连接，所述混频器用于将发射的所述线性调频脉冲信号和接收到的被反射回来的所述线性调频脉冲信号合并到一起，生成中频信号并经所述ADC模块处理后输出至所述MCU芯片。

进一步的，所述发送通路和所述接收通路为四收四发信号通路。

进一步的，所述压控振荡器的带宽为77G-81G带宽。

进一步的，所述ADC模块具有20MHz宽信号带。

进一步的，所述毫米波芯片还包括多个第一高通滤波器和第二高通滤波器，多个所述第一高通滤波器分别用于接收并处理来自于不同的所述混频器的所述中频信号；所述第二高通滤波器与所述第一高通滤波器连接，用于对所述中频信号进行二次处理。

进一步的，所述第二高通滤波器还与可编程增益放大器连接，所述可编程增益放大器与所述ADC模块连接。

本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

相对于了传统的毫米波雷达，本实用新型的数字锁相环模块、压控振荡器、ADC模块以及多个第一相位控制器和第二相位控制器同步操作可以获得更精确的距离和角度数据。

附图说明

图1为本说明书实施例中高精度检测系统的结构框图；

图2为本说明书实施例中毫米波芯片的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图2所示，本说明书实施例提供一种基于毫米波雷达的高精度检测系统，系统包括彼此相互连接的MCU芯片1、DC/DC转换器2、线性稳压器3、毫米波芯片4，毫米波芯片4还通过多个发送通路41和接收通路42与天线模组5连接，DC/DC转换器2和线性稳压器3用于将外部电压信号转换为MCU芯片1和毫米波芯片4相匹配的电压信号，MCU芯片1通过线性稳压器3的电压输出来驱动毫米波芯片4，以使得毫米波芯片4通过天线模组5连续进行线性调频脉冲信号的发射与接收，其中：

毫米波芯片4包括数字锁相环模块43、压控振荡器44、ADC模块45以及多个第一相位控制器411和第二相位控制器421，数字锁相环模块43与压控振荡器44连接，压控振荡器44连接至多个第一相位控制器411、第二相位控制器421，多个第一相位控制器411和第二相位控制器421分别设置于不同的发送通路41和接收通路42中，接收通路42中设置有混频器422，混频器422与第二相位控制器421连接，混频器422用于将发射的线性调频脉冲信号和接收到的被反射回来的线性调频脉冲信号合并到一起，生成中频信号并经ADC模块45处理后输出至MCU芯片1。

发送通路41和接收通路42为四收四发信号通路。

压控振荡器44的带宽为77G-81G带宽。使得可以形成高精度波束和角度解析。

ADC模块45具有20MHz宽信号带。

毫米波芯片4还包括多个第一高通滤波器46和第二高通滤波器47，多个第一高通滤波器46分别用于接收并处理来自于不同的混频器422的中频信号；第二高通滤波器47与第一高通滤波器46连接，用于对中频信号进行二次处理。第二高通滤波器47还与可编程增益放大器48连接，可编程增益放大器48与ADC模块45连接。

其中，该检测系统可以与电子设备的主板集成或者连接，具体是电源管理单元6和中央处理器7连接。数字锁相环模块43用于触发信号，77G-81G带宽的压控振荡器44用于高精度波束形成和角度解析，第一相位控制器411和第二相位控制器421进行高精度相位控制，混频器422合成中频信号，以上芯片同步操作，使得可以获得精确的距离和角度检测。在发送通路41中，还可以包括功率器，在ADC模块45处理好信号后，一般是由信号输出口49输出。

在人体数量、位置、状态进行检测的过程中，该检测系统可以通过四发四收信号通路连续发射调频信号，以测量距离以及角度和速度。这与周期性发射短脉冲的传统脉冲雷达系统不同，调频信号发射过程中被其发射路径上的人体(或其他物体)阻挡进行反射；检测系统所用信号的频率随时间变化呈线性升高，这种信号可以用线性调频脉冲号表示。该线性调频脉冲由天线模块的发射天线发射，人体对该线性调频脉冲的反射生成一个由天线模块的接收天线捕捉的反射线性调频脉冲，毫米波芯片4内部的混频器422将两个信号合并到一起，生成一个中频信号(IF信号)，中频信号(IF信号)为具有新频率的新信号，对于两个正弦输入x1和x2可以通过通用的公式计算：x1＝sin(ω1t+Φ1)和x2＝sin(ω2t+Φ2)，其输出的Xout有一个瞬时频率，等于两个输入正弦函数的瞬时频率之差，输出Xout的相位等于两个输入信号的相位之差，可以得到方程式xout＝sin[(ω1-ω2)t+(Φ1-Φ2)]，混频器422输出信号作为时间的幅度函数是一个正弦波，因为它有恒定频率，由于信号的频率与人体移动速度的依赖关系，在快速调频信号雷达波中，其影响非常小，且在处理完成多普勒FFT后，可以轻松对其进行校正，当雷达波检测到物体的情形时，天线模块可以接收自不同物体的不同的线性调频脉冲，每个线性调频脉冲的延时都不一样，延时和与该人体的距离成正比。不同的线性调频脉冲转化为多个IF单音信号，每个信号频率恒定，这个包含多个单音信号的IF信号必须使用傅里叶变换加以处理，以便分离不同的单音；傅里叶变换处理将会产生一个具有不同的分离峰值的频谱，每个峰值表示在特定距离处存在物体。MCU芯片1通过不同的峰值的变化来判断物体的位置变化；实现相应的豪米波探测结果输出。

另外，值得注意的是，上述虽然示范性提及了关于线性调频脉冲的一些处理方法，该处理方法也发生在数字锁相环模块43、压控振荡器44、第一相位控制器411、第二相位控制器421、混频器422、第一高通滤波器46、第二高通滤波器47、可编程增益放大器48、ADC模块45中，此是为了便于理解各个模块/芯片之间的工作流程，本实用新型对以上方法不进行限制，其不属于本实用新型所要保护的范围，即使缺乏了这些方法描述，本领域的技术人员仍可以通过查阅现有技术中关于雷达调频信号的处理过程或通过对附图中各个模块/芯片的连接组合方式而获得其他类似的方法。

本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

相对于了传统的毫米波芯片4，本实用新型的数字锁相环模块43、压控振荡器44、ADC模块45以及多个第一相位控制器411和第二相位控制器421同步操作可以获得更精确的距离和角度数据。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于毫米波雷达的高精度检测系统，其特征在于，所述系统包括彼此相互连接的MCU芯片、DC/DC转换器、线性稳压器、毫米波芯片，所述毫米波芯片还通过多个发送通路和接收通路与天线模组连接，所述DC/DC转换器和所述线性稳压器用于将外部电压信号转换为所述MCU芯片和所述毫米波芯片相匹配的电压信号，所述MCU芯片通过所述线性稳压器的电压输出来驱动所述毫米波芯片，以使得所述毫米波芯片通过所述天线模组连续进行线性调频脉冲信号的发射与接收，其中：

所述毫米波芯片包括数字锁相环模块、压控振荡器、ADC模块以及多个第一相位控制器和第二相位控制器，所述数字锁相环模块与所述压控振荡器连接，所述压控振荡器连接至多个所述第一相位控制器、所述第二相位控制器，多个所述第一相位控制器和所述第二相位控制器分别设置于不同的所述发送通路和所述接收通路中，所述接收通路中设置有混频器，所述混频器与所述第二相位控制器连接，所述混频器用于将发射的所述线性调频脉冲信号和接收到的被反射回来的所述线性调频脉冲信号合并到一起，生成中频信号并经所述ADC模块处理后输出至所述MCU芯片。

2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的高精度检测系统，其特征在于，所述发送通路和所述接收通路为四收四发信号通路。

3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的高精度检测系统，其特征在于，所述压控振荡器的带宽为77G-81G带宽。

4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的高精度检测系统，其特征在于，所述ADC模块具有20MHz宽信号带。

5.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的高精度检测系统，其特征在于，所述毫米波芯片还包括多个第一高通滤波器和第二高通滤波器，多个所述第一高通滤波器分别用于接收并处理来自于不同的所述混频器的所述中频信号；所述第二高通滤波器与所述第一高通滤波器连接，用于对所述中频信号进行二次处理。

6.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的高精度检测系统，其特征在于，所述第二高通滤波器还与可编程增益放大器连接，所述可编程增益放大器与所述ADC模块连接。

Images