一种同时多频段测距装置及方法与流程

1.本发明涉及一种同时多频段测距装置及方法，属于汽车测距雷达、雷达高度表、无线电引信领域。


背景技术：

2.无线电测距是一种基于电磁波测量距离的技术。无线电测距按照其工作原理可分为三种：脉冲测距、相位测距和频率测距。当前，世界各国使用的测距装置，包括车载测距雷达、高度表、无线电引信等，主要工作在单一频段，正在研究的多频段测距技术通常采用了多个收发通道和tr组件，体积大、成本高，且系统较为复杂。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种同时多频段测距装置及方法。
4.本发明的技术方案是：
5.一种同时多频段测距装置，该装置包括微波单元和信号处理单元，所述微波单元包括发射链路和接收链路，其中发射链路包括发射激励电路、固态功放、发射耦合电路和发射天线；所述接收链路包括接收天线、低噪声放大器、接收微波电路；所述信号处理单元包括adc模块和信号处理模块；
6.发射链路的发射激励电路连接固态功放和信号处理单元的信号处理模块，在信号处理模块控制下，产生射频信号；所述固态功放工作在饱和状态，同时输出基波信号和谐波信号，通过发射天线向空间辐射；所述固态功放连接发射耦合电路，将固态功放的输出信号耦合到接收微波电路；所述发射天线采用宽带共形天线，将固态功放输出的功率信号通过发射天线向空间辐射；
7.所述接收天线采用宽带共形天线接收目标回波信号，所述低噪声放大器连接接收天线和接收微波电路，对目标回波信号进行放大；所述接收微波电路连接低噪声放大器、发射耦合电路和信号处理单元，对低噪声放大器放大输出的目标回波信号和发射耦合电路耦合输出的低功率发射信号的基波分量和谐波分量，同时进行多通道滤波、混频处理，输出基波分量和谐波分量对应的多路差频信号；
8.所述的功率放大器工作在饱和状态，发射的无线电信号包括基波和谐波，则微波单元同时接收目标回波的基波分量和谐波分量，通过信号处理单元对多个频点回波信号的处理，实现对目标的精确测距；
9.发射链路的发射激励电路连接固态功放和信号处理单元的信号处理模块，在信号处理模块控制下，产生射频信号经过固态功放放大输出；所述固态功放工作在饱和状态，同时发射基波信号和谐波信号；所述固态功放输出的功率信号连接发射天线，发射耦合电路将固态功放的输出信号的耦合到接收微波电路；发射天线采用宽带共形天线，波束宽度覆盖预定角度范围，固态功放输出的功率信号通过发射天线向空间辐射；
10.所述接收链路的接收天线采用宽带共形天线接收目标回波信号，波束宽度覆盖发射天线的波束覆盖角度范围；低噪声放大器连接接收天线和接收微波电路，对目标回波信号进行放大；低噪声放大器输入端配置了限幅电路，提高低噪声放大器的抗大功率烧毁能力；所述接收微波电路连接低噪声放大器、发射耦合电路和信号处理单元，对低噪声放大器放大输出的目标回波信号和发射耦合电路耦合输出的低功率发射信号的基波信号和谐波信号，同时进行多通道预滤波、混频、滤波处理，输出多路差频信号；
11.信号处理单元包括adc模块、信号处理模块；adc模块对基波分量和谐波分量的差频信号进行同步采样；信号处理模块根据基波差频、谐波差频的采样信号计算得到距离测量结果。
12.一种同时多频段测距方法，包括以下步骤：
13.步骤一、将测距装置安装在载体上，开始上电工作；
14.步骤二、发射链路的发射激励电路在信号处理模块控制下，产生预定的基波频率的线性调频连续波信号，经过固态功放放大输出，由于固态功放工作在饱和状态，同时产生包含基波信号和高次谐波分量的功率信号；固态功放输出的功率信号通过发射天线向外辐射，同时，发射耦合电路将固态功放的输出信号耦合到接收微波电路；发射天线采用宽带共形天线，波束宽度覆盖预定角度范围；
15.步骤三、接收链路的接收天线，采用宽带共形天线接收目标回波信号，波束宽度覆盖发射天线的波束覆盖角度范围；目标回波信号经过接收天线，由低噪声放大器放大后发送给接收微波电路；在低噪声放大器输入端配置限幅电路，用于提高低噪声放大器的抗大功率烧毁能力；接收微波电路连接低噪声放大器、发射耦合电路和信号处理单元，采用多通道接收电路设计，对低噪声放大器放大输出的目标回波信号和发射耦合电路耦合输出的低功率发射信号的基波信号和谐波信号，同时进行预滤波、放大、混频、滤波和信号调理，输出基波差频和谐波差频信号；
16.步骤四、信号处理单元的adc模块对基波差频、谐波差频信号进行同步采样；信号处理模块对基波差频、谐波差频分别进行fft、求模、信号检测、高度计算、高度校正和高度搜索跟踪处理，最终得到基于基波差频和谐波差频信号的测距结果；信号处理模块控制发射链路的发射激励电路，输出预定的射频信号；
17.步骤五、信号处理模块根据设定场景选择融合测距方式；在测距距离大于设定值时，选择基波差频测距，测距距离小于设定值，选择基波测距和谐波测距结果融合处理结果。
18.为提高测距装置的抗干扰能力，同时辐射基波和高次谐波信号，并同时接收和处理基波和高次谐波回波信号。
19.有益效果
20.(1)本发明涉及一种同时多频段测距装置及方法，属于汽车测距雷达、雷达高度表、无线电引信领域，包括微波单元、信号处理单元。所述微波单元包括发射链路和接收链路，所述发射链路由发射激励电路、固态功放、发射耦合电路、发射天线组成，所述发射链路的发射激励电路连接固态功放和信号处理单元的信号处理模块，在信号处理模块控制下，产生射频信号，所述固态功放工作在饱和状态，同时输出基波分量和谐波分量，通过发射天线向空间辐射；所述固态功放连接发射耦合电路，将固态功放的输出信号的预定功率部分
耦合到接收差频电路；所述发射天线采用宽带共形天线，将固态功放输出的功率信号通过发射天线向空间辐射。所述接收链路包括接收天线、低噪声放大器、接收差频电路，所述接收天线采用宽带共形天线接收目标回波信号，所述低噪声放大器连接接收天线和接收差频电路，对目标回波信号进行放大；所述接收差频电路连接低噪声放大器、发射耦合电路和信号处理单元，采用多通道接收电路设计，对低噪声放大器放大输出的目标回波信号和发射耦合电路耦合输出的低功率发射信号的基波分量和谐波分量，同时进行多通道滤波、混频处理，输出基波分量和谐波分量对应的多路差频信号。所述信号处理单元包括adc模块、信号处理模块，对多路差频信号进行采样，计算得到测距装置与目标的相对距离。
21.(2)本发明利用固态功放工作在饱和状态，同时辐射基波和谐波，通过接收处理目标回波中的基波分量和谐波分量，实现高、低频率多个频点同时探测目标，并利用多频段信号同时探测和信息融合，提高测距装置的抗干扰能力，具有体积小、重量轻、功耗低、成本可控、工程实现容易等特点，以及良好的工程应用价值。一种同时多频段测距技术，通过发射无线电信号，并接收目标的回波信号，完成对目标的探测测距。由于功率放大器工作在饱和状态，发射的无线电信号包括基波和谐波，则微波单元同时接收目标回波的基波分量和谐波分量，通过信号处理单元对多个频点回波信号的处理，在确保成本、体积等条件下，提高测距的精度和抗干扰能力。
22.(3)在本发明中，固态功放产生谐波的根本原因是由于非线性负载所致。当固态功放工作在饱和状态时，电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据傅立叶分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
23.ic＝i
co
i
cm1 cosωt i
cm2 cos2ωt i
cm3 cos3ωt
……
24.根据上述原理，同时多频段测距技术的发射信号经过固态功放时，将同时输出基波和谐波。
附图说明
25.图1为本发明的装置组成示意图；
26.图2为本发明实施例中的装置组成示意图；
27.图3为本发明的发射信号示意图；
28.图4为本发明的信号处理示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.如图1和图2所示，一种同时多频段测距装置，包括微波单元、信号处理单元。所述微波单元包括发射链路和接收链路，所述发射链路由发射激励电路、固态功放、发射耦合电路、发射天线组成，所述发射链路的发射激励电路连接固态功放和信号处理单元的信号处理模块，在信号处理模块控制下，产生射频信号，所述固态功放工作在饱和状态，同时输出
基波分量和谐波分量，通过发射天线向空间辐射；所述固态功放连接发射耦合电路，将固态功放的输出信号的预定功率部分耦合到接收差频电路；所述发射天线采用宽带共形天线，将固态功放输出的功率信号通过发射天线向空间辐射。所述接收链路包括接收天线、低噪声放大器、接收差频电路，所述接收天线采用宽带共形天线接收目标回波信号，所述低噪声放大器连接接收天线和接收差频电路，对目标回波信号进行放大；所述接收差频电路连接低噪声放大器、发射耦合电路和信号处理单元，采用多通道接收电路设计，对低噪声放大器放大输出的目标回波信号和发射耦合电路耦合输出的低功率发射信号的基波分量和谐波分量，同时进行多通道滤波、混频处理，输出基波分量和谐波分量对应的多路差频信号。所述信号处理单元包括adc模块、信号处理模块，对多路差频信号进行采样，计算得到相对目标的距离。
31.实际工作中一种同时多频段测距方法，可以按照以下步骤实施。
32.第一步，将测距装置安装在载体上，开始上电工作。
33.第二步，一种同时多频段测距技术的发射链路的发射激励电路，在信号处理模块控制下产生s波段的线性调频连续波信号，信号形式如图3所示，经过固态功放放大输出，由于固态功放工作在饱和状态，同时产生基波分量和c波段的二次谐波分量。固态功放输出的功率信号通过发射天线向外辐射，同时，发射耦合电路将固态功放的输出信号功率的0.1％耦合到接收差频电路。由于发射天线采用小口径宽带共形天线，波束宽度能够覆盖
±
60
°
角度范围。
34.第三步，一种同时多频段测距技术的接收链路的接收天线，采用宽带共形天线接收目标回波信号，波束宽度覆盖发射天线的照射角度范围。照射区域的目标回波信号经过接收天线，由低噪声放大器放大后发送给接收差频电路。所述低噪声放大器输入端配置了限幅电路，提高低噪声放大器的抗大功率烧毁能力。接收差频电路连接低噪声放大器、发射耦合电路和信号处理单元，采用多通道接收电路设计，对低噪声放大器放大输出的目标回波信号和发射耦合电路耦合输出的低功率发射信号的基波分量和二次谐波分量，同时进行多通道预滤波、放大、混频、滤波和信号调理，输出基波差频和二次谐波差频信号。
35.第四步，一种同时多频段测距技术的信号处理单元包括adc模块、信号处理模块。所述adc模块对基波差频、二次谐波差频信号进行同步采样，所述信号处理模块对基波差频、二次谐波差频分别进行fft、求模、信号检测、高度计算、高度校正和高度搜索跟踪等处理，处理流程如图4所示，最终得到基于基波差频和二次谐波差频信号的测距结果。
36.第五步，一种同时多频段测距技术的信号处理模块根据使用场景选择正确的融合测距方式。对于车载测距雷达系统，可以选择二者融合测距；对于高度表，在高度很高时，可以选择基波差频测距，距离地面较近时，可以选择二者融合测高。具体融合测距结果通过均值计算得到。
37.经过上述具体实例验证，本发明提供的一种同时多频段测距技术，能够同时辐射s波段(基波)和c波段(二次谐波)信号，通过同时接收和处理上述2个信号，大大提高测距装置的抗干扰能力。该方法实现简单、成本低、功耗小，具有良好的实时性和工程应用价值。
38.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。