RU2234716C1 - Method for generating sounding frequency -modulated signal for range finer with periodic frequency modulation - Google Patents

Method for generating sounding frequency -modulated signal for range finer with periodic frequency modulation Download PDF

Info

Publication number
RU2234716C1
RU2234716C1 RU2003105992/09A RU2003105992A RU2234716C1 RU 2234716 C1 RU2234716 C1 RU 2234716C1 RU 2003105992/09 A RU2003105992/09 A RU 2003105992/09A RU 2003105992 A RU2003105992 A RU 2003105992A RU 2234716 C1 RU2234716 C1 RU 2234716C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
signal
waves
modulation
voltage
Prior art date
Application number
RU2003105992/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003105992A (en
Inventor
нц Б.А. Ата (RU)
Б.А. Атаянц
И.В. Баранов (RU)
И.В. Баранов
В.А. Болонин (RU)
В.А. Болонин
В.М. Давыдочкин (RU)
В.М. Давыдочкин
В.В. Езерский (RU)
В.В. Езерский
Б.В. Кагаленко (RU)
Б.В. Кагаленко
В.А. Пронин (RU)
В.А. Пронин
Original Assignee
ООО "Предприятие "Контакт-1"
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 ООО "Предприятие "Контакт-1" filed Critical ООО "Предприятие "Контакт-1"
Priority to RU2003105992/09A priority Critical patent/RU2234716C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234716C1 publication Critical patent/RU2234716C1/en
Publication of RU2003105992A publication Critical patent/RU2003105992A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring technique, namely range finding.
SUBSTANCE: method comprises steps of generating periodic modulating voltage; generation and excitement of sounding waves; reception of reflected waves, propagation time interval later; Mixing received waves with part of power of sounding waves; separation of difference frequency signal; correction of periodic modulating voltage according to fluctuation of instant periods of difference frequency signal from their mean value in order to reduce difference of mean and instant values of period duration until predetermined level. It is possible to realize two variants of correction. In first variant range finding and correction are realized by the same difference frequency signal received with use of echo-waves reflected from sounded surface. In second variant correction is realized with use echo-waves received in portion of reference feeder line and range finding is realized with use of echo-waves reflected from sounded surface. Correction of modulating voltage may be performed by calculating correcting voltage summed with modulating voltage or by displacing initial readings of modulating voltage along time axis. In both variants correction is based upon mean value of difference frequency signal.
EFFECT: elimination of error at range finding.
6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению расстояния.The invention relates to the field of measuring equipment, in particular to measuring distance.

Известен способ формирования линейно-модулированного сигнала частотно-модулированного (ЧМ) измерителя расстояния [1, 2, 3], для реализации которого используются синтезаторы частоты с фазовой автоматической подстройкой частоты. Недостатком указанного способа формирования сигнала является относительно высокая стоимость устройств для его осуществления, инерционность и отсутствие учета дисперсионных свойств пространства распространения зондирующих волн.A known method of forming a linearly modulated signal of a frequency-modulated (FM) distance meter [1, 2, 3], for the implementation of which frequency synthesizers with phase-locked loop are used. The disadvantage of this method of signal generation is the relatively high cost of devices for its implementation, inertia and lack of consideration of the dispersion properties of the propagation space of the sounding waves.

Известен способ измерения расстояния и устройство для его осуществления [4], в котором реализован способ формирования линейно-модулированного сигнала. В указанном способе и устройстве осуществлено преобразование генерируемого зондирующего сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала на пониженную промежуточную частоту с последующим делением частоты, измерением величины отклонения частоты от заданного значения на дискретных точках модуляционной характеристики и коррекции модулирующего напряжения до уменьшения разности заданного и текущего значения частот до заданного контрольного уровня.A known method of measuring distance and a device for its implementation [4], which implements a method of forming a linearly modulated signal. In the specified method and device, the generated probing microwave signal is converted to a lower intermediate frequency, followed by dividing the frequency, measuring the frequency deviation from the set value at the discrete points of the modulation characteristic and modulating voltage correction to reduce the difference between the set and current frequency values to the specified control level.

Этот способ формирования зондирующего сигнала реализован в измерителе расстояния, содержащем: управляемый генератор передаваемого сигнала, выход которого соединен с первым входом направленного ответвителя (НО), выход которого соединен с антенной, второй вход направленного ответвителя соединен с антенной, а выход соединен с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с генератором опорного сигнала, а выход соединен с последовательно соединенными фильтром и усилителем промежуточной частоты. Выход усилителя соединен со входами двух каналов: измерительным каналом и каналом коррекции. Измерительный канал содержит последовательно соединенные смеситель промежуточных частот, фильтр низких частот (ФНЧ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого соединен с первым входом микрокомпьютера (МК). Канал коррекции содержит последовательно соединенные делитель частоты и счетчик частоты, выход которого соединен со вторым входом МК. Первый выход МК соединен с последовательно соединенными цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) и частотным модулятором, выход которого соединен с управляющим входом генератора передаваемого сигнала.This method of generating a sounding signal is implemented in a distance meter, comprising: a controlled generator of the transmitted signal, the output of which is connected to the first input of the directional coupler (BUT), the output of which is connected to the antenna, the second input of the directional coupler is connected to the antenna, and the output is connected to the first input of the mixer the second input of which is connected to a reference signal generator, and the output is connected to a filter and an intermediate frequency amplifier connected in series. The amplifier output is connected to the inputs of two channels: a measuring channel and a correction channel. The measuring channel contains a series-connected mixer of intermediate frequencies, a low-pass filter (low-pass filter), an analog-to-digital converter (ADC), the output of which is connected to the first input of the microcomputer (MK). The correction channel contains a series-connected frequency divider and a frequency counter, the output of which is connected to the second input of the MK. The first MK output is connected to a digital-to-analog converter (DAC) in series and a frequency modulator, the output of which is connected to the control input of the transmitted signal generator.

Указанные способ измерения расстояния, включающий способ формирования сигнала ЧМ измерителя расстояния, и измеритель расстояния имеют три недостатка.Said distance measuring method, including a FM signal measuring method of a distance meter, and a distance meter have three disadvantages.

Во-первых, влияние нестабильности частоты и фазы генератора опорного сигнала на погрешность формирования модулирующего напряжения из-за того, что это формирование производится в статическом режиме работы генератора, а измерение производится в динамическом режиме.Firstly, the influence of the instability of the frequency and phase of the reference signal generator on the error in the formation of the modulating voltage due to the fact that this formation is performed in the static mode of the generator and the measurement is performed in the dynamic mode.

Во-вторых, как указано в описании патента, способ и устройство нормально функционируют, если уровень сигнала в измерительном канале много меньше уровня сигнала в опорном канале. Такие условия могут быть выполнены только при больших расстояниях от антенны до зондируемого материала. На малых расстояниях сильный отраженный сигнал проходит в канал коррекции и искажает его работу, что приводит к погрешности коррекции и даже полной неработоспособности способа и прибора.Secondly, as indicated in the description of the patent, the method and device function normally if the signal level in the measuring channel is much lower than the signal level in the reference channel. Such conditions can be fulfilled only at large distances from the antenna to the probed material. At short distances, a strong reflected signal passes into the correction channel and distorts its operation, which leads to correction errors and even complete inoperability of the method and device.

В-третьих, при формировании зондирующего сигнала не учитываются дисперсионные свойства пространства распространения зондирующих волн. В этом случае использование измерителя расстояния совместно с направляющей системой (например, перфорированной трубой) приводит к погрешности измерения при обработке сигнала как во временной, так и в спектральной области. Из-за значительного и несимметричного расширения основного лепестка спектра невозможно точно определить его центральную частоту и соответственно невозможно точно определить расстояние.Thirdly, in the formation of the probe signal, the dispersion properties of the propagation space of the probe waves are not taken into account. In this case, the use of a distance meter in conjunction with a guiding system (for example, a perforated tube) leads to a measurement error during signal processing both in the time and in the spectral region. Due to the significant and asymmetric expansion of the main lobe of the spectrum, it is impossible to accurately determine its center frequency and, accordingly, it is impossible to accurately determine the distance.

Рассмотренные факторы влияют на точность формирования модулирующей функции, следовательно, приводят к возникновению дополнительной погрешности измерения расстояния.The considered factors affect the accuracy of the formation of the modulating function, therefore, lead to the appearance of an additional error in measuring the distance.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ формирования зондирующего модулированного сигнала ЧМ измерителя расстояния с периодической частотной модуляцией [5], который заключается в формировании периодического напряжения на управляющем входе управляемого источника энергии зондирующих волн (УИЭЗВ) с длительностью полупериода модуляции, пропорциональной расстоянию до зондируемой поверхности. При этом средняя разностная частота поддерживается постоянной путем формирования сигнала коррекции при отклонении средней разностной частоты от заданного значения, усреднения его на нескольких периодах модуляции и управления периодом модулирующего напряжения на управляющем входе УИЭЗС, полученным усредненным корректирующим сигналом. Корректирующий сигнал получают в цепи обратной связи, которая содержит частотный дискриминатор и интегратор, усредняющий сигнал с выхода частотного дискриминатора.The closest set of essential features is the method of generating a probing modulated FM signal of a distance meter with periodic frequency modulation [5], which consists in generating a periodic voltage at the control input of a controlled energy source of probing waves (UIEZV) with a modulation half-cycle duration proportional to the distance to the sensed surface . In this case, the average difference frequency is kept constant by generating a correction signal when the average difference frequency deviates from the set value, averaging it over several periods of modulation and controlling the period of the modulating voltage at the control input of the UEES obtained by the averaged correction signal. The correction signal is obtained in the feedback circuit, which contains a frequency discriminator and an integrator, averaging the signal from the output of the frequency discriminator.

Этот способ формирования зондирующего модулированного сигнала ЧМ измерителя расстояния также имеет недостаток, который заключается в том, что инерционной петлей обратной связи поддерживается постоянной средняя, а не мгновенная разностная частота сигнала. Инерционная петля обратной связи не может полностью исключить погрешность регулируемого параметра (нелинейность изменения частоты зондирующего сигнала) из-за нелинейности модуляционной характеристики УИЭЗВ, особенно на участках вблизи разрыва производной регулируемого параметра. В результате мгновенная разностная частота или периоды сигнала разностной частоты (СРЧ) получаются не постоянными, что приводит к погрешности измерения расстояния при обработке СРЧ как во временной, так и в спектральной областях.This method of generating a probing modulated FM signal of the distance meter also has the disadvantage that the inertial feedback loop maintains a constant average rather than instantaneous difference frequency of the signal. The inertial feedback loop cannot completely exclude the error of the adjustable parameter (non-linearity of the change in the frequency of the probing signal) due to the non-linearity of the modulation characteristic of the UEISV, especially in areas near the discontinuity of the derivative of the adjustable parameter. As a result, the instantaneous difference frequency or periods of the difference frequency signal (RMS) are not constant, which leads to an error in measuring the distance when processing the RMS both in the time and in the spectral regions.

Цель изобретения - снижение неравномерности периодов СРЧ на периоде модуляции и, как следствие, устранение дополнительной погрешности измерения расстояния.The purpose of the invention is to reduce the unevenness of the RF periods during the modulation period and, as a result, eliminate the additional error of distance measurement.

Указанная цель достигается тем, что в способе формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией, включающем формирование периодических модулированных волн и возбуждение зондирующих волн, прием спустя время распространения отраженных эхо-волн, смешивание их с частью энергии зондирующих волн, выделение СРЧ и коррекцию закона модуляции модулированных волн, дополнительно измеряют мгновенные периоды СРЧ, вычисляют среднее значение периодов разностной частоты за интервал обработки сигнала, являющийся частью периода модуляции, и изменяют корректирующее напряжение до уменьшения разности среднего и текущего значения периодов до контрольного уровня.This goal is achieved by the fact that in the method of generating a probe adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation, including the formation of periodic modulated waves and excitation of the probe waves, receiving after the propagation time of the reflected echo waves, mixing them with part of the energy of the probe waves, the allocation RMS and correction of the law of modulation of modulated waves, additionally measure the instant periods of RMS, calculate the average value of the periods of the differential frequency for nterval processing signal, which is part of the modulation period, and changing the correction voltage to reduce the difference between the average and the current value to the control level periods.

Для измерения расстояния и для получения корректирующего напряжения используют один и тот же сигнал разностной частоты.To measure distance and to obtain corrective voltage, the same difference frequency signal is used.

При наличии мешающих отражателей дополнительное снижение погрешности формирования зондирующего сигнала достигается использованием дополнительного опорного канала с линией задержки в виде отрезка фидерной линии. В таком случае часть мощности зондирующих волн через измерительный канал излучают в направлении на зондируемую поверхность, а частью мощности зондирующих волн возбуждают опорный канал, выполненный в виде отрезка фидерной линии, и используют отраженные от зондируемой поверхности эхо-волны для измерения расстояния до нее, а отраженные от конца фидерной линии эхо-волны используют для получения корректирующего напряжения на управляющем входе управляемого источника энергии зондирующих волн.In the presence of interfering reflectors, an additional reduction in the error in the formation of the probing signal is achieved by using an additional reference channel with a delay line in the form of a segment of the feeder line. In this case, part of the power of the sounding waves is emitted through the measuring channel towards the probed surface, and part of the power of the sounding waves excites the reference channel, made in the form of a piece of the feeder line, and the echo waves reflected from the probed surface are used to measure the distance to it, and the reflected from the end of the feeder line, echo waves are used to obtain corrective voltage at the control input of the controlled energy source of the probe waves.

При этом для формирования периодического напряжения модуляции Uмод(t) генерируют цифровые отсчеты Uмод(tj)в фиксированные моменты времени tj и преобразуют их в дискретные аналоговые отсчеты с помощью низкочастотной фильтрации. Формирование цифровых отсчетов модулирующего напряжения производят с помощью одной из двух возможных процедур.In this case, to generate a periodic modulation voltage U mod (t), digital samples of U mod (t j ) are generated at fixed times t j and converted into discrete analog samples using low-pass filtering. The formation of digital samples of the modulating voltage is performed using one of two possible procedures.

Первая заключается в том, что Uмод,k(tj) на k-м периоде модуляции производят рекурсивно по напряжению Uмод,k-1(tj) на предыдущем (k-1)-м периоде и корректирующему напряжению ΔUk(tj), полученному с учетом неравномерности мгновенных периодов СРЧ:The first is that U mod, k (t j ) at the k-th modulation period are produced recursively in accordance with the voltage of U mod, k-1 (t j ) at the previous (k-1) th period and the correction voltage ΔU k ( t j ) obtained taking into account the non-uniformity of the instantaneous periods of the RMS:

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- корректирующее напряжение;Where
Figure 00000003
- corrective voltage;

Figure 00000004
- постоянный коэффициент, равный средней крутизне нарастания модулирующего напряжения;
Figure 00000004
- a constant coefficient equal to the average steepness of the rise of the modulating voltage;

UM - амплитуда модулирующего напряжения;U M is the amplitude of the modulating voltage;

ТM - период модуляции;T M - modulation period;

Figure 00000005
- относительное изменение периода СРЧ;
Figure 00000005
- the relative change in the period of the RF system;

Figure 00000006
- отклонение периода сигнала разностной частоты от среднего значения;
Figure 00000006
- the deviation of the period of the signal of the differential frequency from the average value;

Figure 00000007
- средний период сигнала разностной частоты;
Figure 00000007
- the average period of the differential frequency signal;

N - количество пересечений нулевого уровня СРЧ за интервал обработки, причем значения η(t) в промежуточных точках tj между моментами пересечения СРЧ нулевого уровня ti рассчитывают с помощью формул интерполяции.N is the number of intersections of the zero level of the RMS during the processing interval, and the values η (t) at the intermediate points t j between the moments of intersection of the RMS of the zero level t i are calculated using interpolation formulas.

Вторая процедура заключается в том, что формирование цифровых отсчетов модулирующего напряжения в точках пересечения нулевого уровня СРЧ в k-м периоде модуляции Uмод,k(ti) производят путем перестановки на временной оси аналогичных отсчетов (k-1)-го периода по формулам:The second procedure consists in the fact that the formation of digital samples of the modulating voltage at the intersection points of the zero level of the RMS in the kth modulation period U mod, k (t i ) is performed by rearranging on the time axis the similar samples of the (k-1) th period according to the formulas :

Figure 00000008
Figure 00000008

а в промежуточных точках периода модуляции с помощью интерполяции.and at the intermediate points of the modulation period using interpolation.

Границы интервала обработки сигнала во времени и длительность этого интервала Т, являющегося частью периода модуляции, определяются по моментам совпадения частоты излучаемого сигнала с нижней F1 и верхней F2 частотами диапазона перестройки частоты при частотной модуляции.The boundaries of the signal processing interval in time and the duration of this interval T, which is part of the modulation period, are determined by the moments of coincidence of the frequency of the emitted signal with the lower F 1 and upper F 2 frequencies of the frequency tuning range for frequency modulation.

Заявленный способ обладает совокупностью признаков, неизвестных из уровня техники для способов подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения "новизна".The claimed method has a combination of features unknown from the prior art for methods of this purpose, which allows us to conclude that the criteria of the invention of "novelty".

Для доказательства изобретательского уровня необходимо учесть, что известно использование фидера заданной длины в качестве опорного канала в измерителях расстояния [6, 7]. Однако в указанных способах измерения расстояния длина фидера выполняет роль высокостабильной, известной меры длины, с которой сравнивается измеряемое расстояние. В предлагаемом способе роль фидерной линии и ее параметры другие. Во-первых, ее длина может иметь произвольную долговременную нестабильность, т.к. она не сказывается на результатах кратковременной оценки неравномерности периодов сигнала разностной частоты, а кратковременная нестабильность любой фидерной линии пренебрежимо мала. Во-вторых, фидерная линия используется только для оценки неравномерности периодов сигнала разностной частоты и не используется для вычисления измеряемого расстояния, поэтому ее долговременная нестабильность не сказывается на точности измерения. И, наконец, если уровень помех от паразитных отражателей невелик, то для формирования закона изменения частоты зондирующих волн и для измерения расстояния используются одни и те же эхо-волны, отраженные зондируемой поверхностью (например, при измерении уровня жидкости в емкостях уровнемером, работающим на перфорированный волновод).To prove the inventive step, it is necessary to take into account that it is known to use a feeder of a given length as a reference channel in distance meters [6, 7]. However, in these methods of measuring distance, the length of the feeder serves as a highly stable, known measure of length with which the measured distance is compared. In the proposed method, the role of the feeder line and its parameters are different. Firstly, its length can have arbitrary long-term instability, because it does not affect the results of a short-term assessment of the unevenness of the periods of the signal of the difference frequency, and the short-term instability of any feeder line is negligible. Secondly, the feeder line is used only to assess the unevenness of the periods of the differential frequency signal and is not used to calculate the measured distance, therefore, its long-term instability does not affect the measurement accuracy. And finally, if the level of interference from parasitic reflectors is small, then the same echo waves reflected by the sensed surface are used to form a law of variation of the frequency of the sounding waves and to measure the distance (for example, when measuring the liquid level in containers with a perforated level gauge waveguide).

Указанные отличия не следуют явным образом из доступных научно-технических источников, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень".These differences do not follow explicitly from available scientific and technical sources, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "inventive step".

Сущность предлагаемого способа и возможность его практической реализации поясняются с помощью чертежей, приведенных на фиг.1 и 2.The essence of the proposed method and the possibility of its practical implementation are explained using the drawings shown in figures 1 and 2.

На фиг.1 приведены зависимости от времени частоты зондирующих волн, периодов СРЧ и корректирующего напряжения.Figure 1 shows the time dependences of the frequency of the sounding waves, periods of the RMS and corrective voltage.

На фиг.2 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Figure 2 shows the structural diagram of a device that implements the proposed method.

Способ осуществляют следующим образом. На начальном этапе формируют периодически модулированные по частоте зондирующие волны, график 1 изменения частоты которых показан на фиг.1а. После излучения (или возбуждения волноводной перфорированной трубы), приема эхо-волн и смешивания с частью мощности излучаемых волн на выходе смесителя получают СРЧ, длительность мгновенных периодов которого в общем случае непостоянна. График 2 этой зависимости показан на фиг.1б. Далее измеряют длительность каждого мгновенного периода СРЧ и вычисляют его среднее значение внутри интервала обработки, являющегося частью периода модуляции (в частном случае это - половина периода модуляции). Затем вычисляют величину отклонения мгновенной длительности периодов СРЧ от среднего значения и формируют корректирующее напряжение модуляции в соответствии с расчетной формулой, указанной в описании способа. График 3 этой зависимости показан на фиг.1в. Это корректирующее напряжение используется на последующих периодах модуляции для формирования зондирующих волн с новым законом изменения частоты. Указанная процедура постоянно повторяется до снижения неравномерности периодов СРЧ ниже контрольного уровня, обеспечивающего требуемую точность измерения расстояния. Постоянное применение этой процедуры позволяет все время поддерживать такую форму корректирующего напряжения, при которой не происходит превышение неравномерностью периодов СРЧ контрольного уровня.The method is as follows. At the initial stage, sounding waves periodically modulated in frequency are generated, the frequency variation graph 1 of which is shown in Fig. 1a. After radiation (or excitation of a waveguide perforated tube), reception of echo waves and mixing with a part of the power of the emitted waves, an RMS is obtained at the output of the mixer, the duration of the instant periods of which is generally variable. Graph 2 of this dependence is shown in figb. Next, measure the duration of each instant period of the RWF and calculate its average value within the processing interval, which is part of the modulation period (in the particular case, this is half the modulation period). Then, the deviation of the instantaneous duration of the RHF periods from the average value is calculated and the correction modulation voltage is generated in accordance with the calculation formula indicated in the description of the method. Graph 3 of this relationship is shown in FIG. This corrective voltage is used in subsequent periods of modulation to form probing waves with a new law of frequency change. The indicated procedure is constantly repeated until the unevenness of the RF periods is reduced below the control level, which ensures the required accuracy of distance measurement. The constant use of this procedure allows you to always maintain such a form of corrective voltage at which there is no excess of the uneven periods of the RHF control level.

Предложенный способ формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией может быть реализован в измерителе расстояния, структурная схема которого приведена на фиг.2. Измеритель расстояния с адаптивной частотной модуляцией содержит вычислитель 4, управляемый источник энергии зондирующих волн (УИЭЗВ) 5, направленный ответвитель (НО) 6, измерительный канал (ИК) 7, возбудитель зондирующих волн (ВЗВ) 8, опорный канал (ОК) 9 и фидерную линию (ФЛ) 10. Управляющий выход вычислителя 4 соединен с управляющим входом УИЭЗВ 5, СВЧ выход которого соединен с входом НО 6. Первый выход НО 6 соединен с входом ИК 7, первый выход которого соединен со входом ВЗВ 8, а второй выход - с измерительным входом вычислителя 4. Второй выход НО 6 соединен с входом ОК 9, первый выход которого соединен со входом ФЛ 10. Второй выход ОК 9 соединен с опорным входом вычислителя 4. Второй и третий выходы УИЭЗВ 5 соединены с третьим и четвертым входами вычислителя 4. Второй выход вычислителя 4 является выходом устройства.The proposed method of generating a probing adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation can be implemented in a distance meter, the structural diagram of which is shown in Fig.2. A distance meter with adaptive frequency modulation comprises a calculator 4, a controlled source of energy of the sounding waves (UIEZV) 5, a directional coupler (BUT) 6, a measuring channel (IR) 7, a pathogen of sounding waves (VZV) 8, a reference channel (OK) 9 and a feeder line (FL) 10. The control output of the calculator 4 is connected to the control input of the UIEZV 5, the microwave output of which is connected to the input of the HO 6. The first output of the NO 6 is connected to the input of the IR 7, the first output of which is connected to the input of the HRA 8, and the second output is connected to measuring input of the calculator 4. Second output HO 6 soy is dined with an input OK 9, the first output of which is connected to the input of the PL 10. The second output OK 9 is connected to the reference input of the calculator 4. The second and third outputs UIEZV 5 are connected to the third and fourth inputs of the calculator 4. The second output of the calculator 4 is the output of the device.

Измеритель расстояния работает следующим образом. На начальном этапе работы вычислитель 4 передает на управляющий вход УИЭЗВ 5 периодическое монотонно изменяющееся напряжение треугольной формы. Вследствие нелинейности модуляционной характеристики УИЭЗВ 5 частота сформированных волн на его выходе будет изменяться нелинейно, как показано графиком 1 на фиг.1а. Через НО 6 эти волны поступают на ИК 7 и ОК 9. Эти каналы идентичны и имеют стандартную структуру СВЧ приемника частотно-модулированного сигнала. В состав каждого из них входят два направленных ответвителя, смеситель и усилитель сигнала разностной частоты. С первых выходов этих ИК 7 и ОК 9 сигналы поступают соответственно на ВЗВ 8 и ФЛ 10. Эхо-сигналы с выходов этих блоков поступают обратно соответственно на ИК 7 и ОК 9. Полученные в ИК 7 и ОК 9 два СРЧ поступают на соответствующие входы вычислителя 4. Кроме них, на третий и четвертый входы вычислителя 4 поступают контрольные сигналы со второго и третьего выходов УИЭЗВ 5 в моменты совпадения частоты зондирующих волн с нижней F1 и верхней F2 частотами диапазона перестройки частоты при частотной модуляции.The distance meter works as follows. At the initial stage of operation, the calculator 4 transfers to the control input UIEZV 5 periodic monotonically changing voltage of a triangular shape. Due to the nonlinearity of the modulation characteristic of the UEIWS 5, the frequency of the generated waves at its output will change nonlinearly, as shown by graph 1 in Fig. 1a. Through HO 6, these waves arrive at IR 7 and OK 9. These channels are identical and have the standard structure of a microwave receiver of a frequency-modulated signal. Each of them includes two directional couplers, a mixer and a differential frequency signal amplifier. From the first outputs of these IR 7 and OK 9, the signals are transmitted respectively to VZV 8 and FL 10. The echo signals from the outputs of these blocks are fed back to IR 7 and OK 9, respectively. Two RMS received in IR 7 and OK 9 are fed to the corresponding inputs of the calculator 4. In addition to them, the third and fourth inputs of the calculator 4 receive control signals from the second and third outputs of the UIEZV 5 at the moments of coincidence of the frequency of the probe waves with the lower F 1 and upper F 2 frequencies of the frequency tuning range for frequency modulation.

Вычислитель 4 может в своем составе иметь один или два микропроцессора. По полученному опорному СРЧ вычислитель 4 измеряет зависимость 2 от времени мгновенных периодов опорного СРЧ, показанную на фиг.1б, вычисляет корректирующее напряжение, представленное кривой 3 на фиг.1в, и новое напряжение модуляции на своем управляющем выходе, добавляя корректирующее напряжение к напряжению модуляции, использованному на текущем этапе работы. Далее процесс повторяется в каждом периоде модуляции. В итоге зависимость частоты зондирующих волн от времени принимает линейный характер и исчезает неравномерность периодов опорного СРЧ (а значит, и измерительного сигнала). После снижения неравномерности периодов СРЧ ниже контрольного уровня вычислитель 4 по измерительному СРЧ производит определение расстояния. Таким образом, в процессе работы непрерывно отслеживается и корректируется изменение нелинейности модуляционной характеристики УИЭЗВ 5. При этом автоматически учитываются дисперсионные свойства среды распространения зондирующих волн. Форма модулирующего напряжения всегда будет такой, чтобы не проявлялась неравномерность периодов СРЧ, а отсутствие такой неравномерности является обязательным условием для достижения высокой точности измерения расстояния.The calculator 4 may include one or two microprocessors. According to the obtained reference RMS, the calculator 4 measures the dependence of 2 on the time of instantaneous periods of the reference RMS, shown in Fig. 1b, calculates the correction voltage represented by curve 3 in Fig. 1c, and the new modulation voltage at its control output, adding the correction voltage to the modulation voltage, used at the current stage of work. Next, the process is repeated in each modulation period. As a result, the dependence of the frequency of the probe waves on time assumes a linear character and the unevenness of the periods of the reference MFR (and hence the measurement signal) disappears. After reducing the unevenness of the periods of the RF system below the control level, the calculator 4 determines the distance from the measuring RF system. Thus, in the process, the change in the non-linearity of the modulation characteristic of the UEIWS 5 is continuously monitored and corrected. In this case, the dispersion properties of the propagation medium of sounding waves are automatically taken into account. The shape of the modulating voltage will always be such that the unevenness of the RF periods is not manifested, and the absence of such unevenness is a prerequisite for achieving high accuracy of distance measurement.

При отсутствии внешних мешающих отражений опорный канал может не использоваться, т.е. блоки 9 и 10 могут быть удалены из схемы. В этом случае опорный и измерительный входы вычислителя соединяются вместе, и на них подается сигнал разностной частоты с выхода измерительного канала.In the absence of external interfering reflections, the reference channel may not be used, i.e. blocks 9 and 10 can be removed from the circuit. In this case, the reference and measuring inputs of the calculator are connected together, and a difference frequency signal from the output of the measuring channel is supplied to them.

Компьютерное моделирование и проверка на макете заявленного способа формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией показывают, что он позволяет уменьшить неравномерность периодов сигнала разностной частоты от исходных (50-70%), когда практически невозможно обеспечить приемлемую погрешность измерения расстояния, до десятых долей процента, что устраняет дополнительную погрешность измерения расстояния.Computer simulation and verification on the mock of the claimed method of generating a probing adaptive frequency-modulated signal for a range finder with periodic frequency modulation show that it allows to reduce the unevenness of the periods of the difference frequency signal from the original ones (50-70%), when it is almost impossible to provide an acceptable error of distance measurement, up to tenths of a percent, which eliminates the additional error of distance measurement.

Источники информацииSources of information

1. Патент США № 5504490 от 2 апр. 1996.1. US patent No. 5504490 of April 2. 1996.

2. Патент США № 5546088 от 13 авг. 1996.2. US Patent No. 5546088 of Aug. 13. 1996.

3. Патент США № 6107957 от 22 авг. 2000.3. US Patent No. 6107957 of Aug. 22. 2000.

4. Патент США № 5387918 от 7 февр. 1995.4. US patent No. 5387918 from February 7. 1995.

5. Патент РФ № 2151408 от 30.06.1999 G 01 S 13/34.5. RF patent No. 2151408 dated 06/30/1999 G 01 S 13/34.

6. Патент США № 4044355 от 23 авг. 1977.6. US patent No. 4044355 of August 23. 1977.

7. Патент США № 4665403 от 12 мая 1987.7. US patent No. 4665403 of May 12, 1987.

Claims (6)

1. Способ формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией, включающий формирование периодического модулирующего напряжения, генерирование и возбуждение зондирующих волн, прием, спустя время распространения, отраженных эхо-волн, смешивание их с частью мощности зондирующих волн, выделение сигнала разностной частоты и коррекцию периодического напряжения модуляции, отличающийся тем, что дополнительно измеряют длительность мгновенных периодов сигнала разностной частоты за интервал обработки сигнала, являющийся частью периода модуляции, и формируют корректирующее напряжение для уменьшения разности среднего и мгновенного значения длительности периодов до заданного контрольного уровня.1. A method of generating a probing adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation, including generating a periodic modulating voltage, generating and exciting sound waves, receiving, after the propagation time, the reflected echo waves, mixing them with part of the power of the sounding waves, isolating the signal the difference frequency and the correction of the periodic modulation voltage, characterized in that they further measure the duration of the instantaneous periods of the signal difference th frequency interval for signal processing, which is part of the modulation period, and generating a correction voltage for reducing the average difference value and the instantaneous duration periods to a predetermined reference level. 2. Способ формирования зондирующего адаптивного частотно-модулирующего сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией по п.1, отличающийся тем, что зондирующие волны излучают в направлении на зондируемую поверхность и используют отраженные от зондируемой поверхности эхо-волны для измерения расстояния до зондируемой поверхности и для получения корректирующего напряжения модуляции.2. The method of generating a probing adaptive frequency-modulating signal for a rangefinder with periodic frequency modulation according to claim 1, characterized in that the probing waves emit in the direction to the probed surface and use echo waves reflected from the probed surface to measure the distance to the probed surface and for obtaining a corrective modulation voltage. 3. Способ формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией по п.1, отличающийся тем, что одну часть мощности зондирующих волн через измерительный канал излучают в направлении зондируемой поверхности и используют эхо-волны от зондируемой поверхности для измерения расстояния до нее, а второй частью мощности зондирующих волн возбуждают опорный канал, выполненный в виде отрезка фидерной линии, и используют отраженный от конца фидерной линии эхо-сигнал для получения корректирующего напряжения модуляции.3. The method of generating a probe adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation according to claim 1, characterized in that one part of the power of the probe waves is emitted through the measuring channel in the direction of the probe surface and echo waves from the probe surface are used to measure the distance to her, and the second part of the power of the probe waves excite the reference channel, made in the form of a piece of feeder line, and use the echo reflected from the end of the feeder line to obtain corrective voltage modulation. 4. Способ формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией по п.1, отличающийся тем, что границы интервала обработки сигнала во времени и длительность этого интервала Т, являющегося частью периода модуляции, определяются по моментам совпадения частоты излучаемого сигнала с нижней F1 и верхней F2 частотами диапазона перестройки частоты при частотной модуляции.4. The method of generating a probing adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation according to claim 1, characterized in that the boundaries of the signal processing interval in time and the duration of this interval T, which is part of the modulation period, are determined by the coincidence of the frequency of the emitted signal with lower F 1 and upper F 2 frequencies of the frequency tuning range for frequency modulation. 5. Способ формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией по п.1, отличающийся тем, что формирование периодического напряжения модуляции Uмод(t) производится путем генерирования цифровых отсчетов Uмод(tj) в фиксированные моменты времени tj, преобразования их в дискретные аналоговые отсчеты и низкочастотной фильтрации, при этом формирование цифровых отсчетов модулирующего напряжения Uмод,k(tj) на k-м периоде модуляции производится рекурсивно по напряжению Uмод,k-1(tj) на предыдущем (k-1)-м периоде и корректирующему напряжению ΔUk(tj), полученному с учетом неравномерности мгновенных периодов сигнала разностной частоты5. The method of generating a probing adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation according to claim 1, characterized in that the formation of a periodic modulation voltage U mode (t) is performed by generating digital samples U mode (t j ) at fixed times t j , converting them to discrete analog samples and low-pass filtering, while the formation of digital samples of the modulating voltage U mod, k (t j ) at the k-th modulation period is performed recursively by the voltage U mod , k-1 (t j ) on the previous (k-1) -th period and the corrective voltage ΔU k (t j ) obtained taking into account the unevenness of the instantaneous periods of the difference frequency signal Uмод,k(tj)=Uмод,k-1(tj)+ΔUk(tj),U mod, k (t j ) = U mod, k-1 (t j ) + ΔU k (t j ), гдеWhere
Figure 00000009
Figure 00000009
Figure 00000010
- постоянный коэффициент, равный средней крутизне нарастания модулирующего напряжения;
Figure 00000010
- a constant coefficient equal to the average steepness of the rise of the modulating voltage;
Uм - амплитуда модулирующего напряжения;U m - the amplitude of the modulating voltage; Тм - период модуляции;T m - modulation period;
Figure 00000011
- относительное изменение периода сигнала разностной частоты;
Figure 00000011
- the relative change in the period of the signal of the differential frequency;
ΔТр(ti)=Tpi-Tср - отклонение периода сигнала разностной частоты от среднего значения;ΔT p (t i ) = T pi -T cf - the deviation of the period of the signal of the differential frequency from the average value;
Figure 00000012
- средний период сигнала разностной частоты;
Figure 00000012
- the average period of the differential frequency signal;
N - количество пересечений нулевого уровня сигналом разностной частоты за интервал обработки,N is the number of crossings of the zero level signal of the differential frequency for the processing interval, причем значения η(t) в промежуточных точках tj между моментами пересечения сигналом разностной частоты нулевого уровня ti расчитываются с помощью формул интерполяции.moreover, the values of η (t) at intermediate points t j between the moments when the signal crosses the differential frequency of the zero level t i are calculated using interpolation formulas.
6. Способ формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией по п.1, отличающийся тем, что формирование цифровых отсчетов модулирующего напряжения в точках пересечения нулевого уровня сигналом разностной частоты в k-м периоде модуляции Uмод,k(ti) производится путем перестановки на временной оси аналогичных отсчетов (k-1)-го периода по формулам6. The method of generating a probing adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation according to claim 1, characterized in that the formation of digital samples of the modulating voltage at the zero level crossing points by the difference frequency signal in the kth modulation period U mod, k (t i ) is performed by rearrangement on the time axis of similar samples of the (k-1) -th period according to the formulas Uмод,k(t1)=Uмод,k-1(t1),U mod, k (t 1 ) = U mod, k-1 (t 1 ), Uмод,k((i-1)Tcp)=Uмод,k-1(ti), i=2, 3,...N,U mod, k ((i-1) T cp ) = U mod, k-1 (t i ), i = 2,3, ... N, а в промежуточных точках периода модуляции с помощью интерполяции.and at the intermediate points of the modulation period using interpolation.
RU2003105992/09A 2003-03-04 2003-03-04 Method for generating sounding frequency -modulated signal for range finer with periodic frequency modulation RU2234716C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003105992/09A RU2234716C1 (en) 2003-03-04 2003-03-04 Method for generating sounding frequency -modulated signal for range finer with periodic frequency modulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003105992/09A RU2234716C1 (en) 2003-03-04 2003-03-04 Method for generating sounding frequency -modulated signal for range finer with periodic frequency modulation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2234716C1 true RU2234716C1 (en) 2004-08-20
RU2003105992A RU2003105992A (en) 2004-09-20

Family

ID=33414058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003105992/09A RU2234716C1 (en) 2003-03-04 2003-03-04 Method for generating sounding frequency -modulated signal for range finer with periodic frequency modulation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234716C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504739C1 (en) * 2012-06-08 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Device for determining fluid level in container

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504739C1 (en) * 2012-06-08 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Device for determining fluid level in container

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007052035A (en) Level measuring device
RU2234716C1 (en) Method for generating sounding frequency -modulated signal for range finer with periodic frequency modulation
RU2436117C1 (en) Method of measuring distance from radiator to controlled medium
US4829305A (en) Medium distance measurement system and method
JP2002090447A (en) Fmcw radar apparatus and time/frequency characteristic measuring method
US11188032B2 (en) Molecular clock with delay compensation
RU2614191C1 (en) Measurement method of harmonic distortion of fm signal generated by the direct digital synthesis method
US4613231A (en) Laser range finder with non-linearity compensation
JP3078305B2 (en) Harmonic order determination method
US6819188B2 (en) Phase-locked loop oscillator with loop gain compensation
GB2547551A (en) An electronic circuit
JPH0693025B2 (en) FM-CW distance measurement method
SU742828A1 (en) Quartz resonator parameter meter
RU2234717C1 (en) Distance measuring apparatus
RU2234108C1 (en) Method for range measurement (modifications)
RU2661488C1 (en) Method of the distance measurement
JP2003315395A (en) Vector network analyzer and phase measuring method
RU2691291C1 (en) Method of measuring resonant frequency
SU982442A1 (en) Ultrasonic meter of high pressure
SU859958A2 (en) Quartz resonator parameter measuring device
SU911397A1 (en) Complex testing device
KR100312748B1 (en) Apparatus for generating linear frequency modulated signal using plural voltage controlled oscillators
SU1004904A1 (en) Device for frequency-selective measuring of uhf signal power peak value
SU659995A1 (en) Arrangement for measuring amplitude-frequency characteristics of microwave time-delay lines
SU811501A1 (en) Device for measuring inhomogeneity of frequency characteristics of communication chennel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060305