專利名稱：脈沖雷達測距系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據沖又利要求的前序部分所述的脈沖雷達測 距系統。
背景技術：
乂人US 4,521,778和US 4，132，991中已知了這樣的脈沖雷達測距 系統。
脈沖雷達測距系統基于發射至目標(例如，容器填充材料表面) 以及乂人該目標反射的樣"皮月永沖的運行時間的直接測量結果來4是供 距離或水平的測量結果。由于幾米距離的運行時間在納秒范圍內， 因此需要特殊的時間變換程序以使得能夠測量這些短的時間周期。 這些微波脈沖被以由發射時鐘發生器給出的重復頻率或發射時鐘 頻率發射向目標。在信號混合器中，通過與發射脈沖相同形狀但是
從目標反射的回波脈沖進行采樣。相互關聯以及后來的積分或低通 濾波導致中頻(IF)信號，該中頻信號對應于接收到的回波脈沖但 是相對于其對時間擴展了因數T1/(T1-T2)，其中，Tl是發射脈沖重 復周期，以及T2是采樣周期。時間擴展允許利用標準技術對回波 月永沖進4亍方文大、lt字化以及其他處理。脈沖雷達測距系統中誤差源之一是溫度漂移。由于脈沖雷達的 半導體器件的參數變化，水平測量結果將在指定溫度范圍內改變，
而沒有測量水平的實際改變。
從US 2008/0036649 Al已知了 ^K沖雷達測距系統，其中，可控 開關根據控制信號將發射脈沖傳送至天線以發射至目標，或者傳送 至才交準才莫塊(優選地，已知延遲的延遲線)，而以脈沖發射阻抗失 配終止。因此，已知的脈沖雷達測距系統具有兩種工作模式，其中， 測量模式被校準或診斷模式周期性中斷。在校準和診斷模式中，測 量由延遲線給定的基準距離的等同。對于校準脈沖雷達，根據測量 的基準計算校正量，并應用于目標測量結果。出于診斷的目的，相 對于可接受的范圍來檢查根據基準測量的值。該開關的性能可以相 對于頻率范圍或噪聲給測量功能和校準或診斷功能施加限制。
發明內容
因此本發明的一個目的是克服這些缺陷。
根據本發明，該目的是通過權利要求中限定的脈沖雷達測距系 統來實現。
因此，本發明的主題是脈沖雷達測距系統，其包括
-發射脈沖發生器裝置，用于以發射時鐘頻率生成發射脈沖；
-采樣脈沖發生器裝置，用于以與發射時鐘頻率略有不同的采樣 時鐘頻率產生采樣脈沖；
-信號混合器，具有第一信號輸入端和第二信號輸入端，所述第 一信號輸入端連接至采樣脈沖發生器裝置；-定向耦合裝置，具有分別耦合至發射脈沖發生器裝置、耦合至
天線以及耦合至信號混合器的第二信號輸入端的多個端口 ； -信號處理裝置；
-定向耦合裝置設計為用于把將要通過天線發射的發射脈沖傳 送到目標，以及用于將由天線所接收的目標回波傳送到信號混合器
的第二信號輸入端；
-信號混合器設計為用于通過將回波脈沖與采樣脈沖混合而生 成中頻信號；以及
-所述信號處理裝置設計為用于評估所述中頻信號以確定目標 距離，
其特征在于，
-所述定向耦合裝置具有四端口環行器，所述環行器具有設置在 連接到所述發射脈沖發生器上的端口和連接到所述天線的端口之 間的附力a端口 ，
畫基線連4妄到所述附加端口 ，所述基線響應于輸入脈沖而生成參 考回波力永沖，
-所述四端口環行器設計為用于分離所述發射脈沖的一個部分 作為到所述基線的所述輸入脈沖，以及用于將所述參考回波脈沖傳 送到所述天線，以及
所述信號處理裝置進一 步設計為用于確定由所述發射脈沖生
間的參考距離本發明優選地利用了實時環行器的不足，諸如干擾和泄漏，以 將標準測來那個置入到目標測量中。此外，不需要附加的開關來在 天線和基線直接切換。
現在參考優選的實施例以及附圖對本發明進行說明。圖中示
出
圖1是根據本發明的脈沖雷達測距系統的框圖，以及
圖2是在脈沖雷達測距系統中的傳輸信號和回波信號的時序圖。
具體實施例方式
首先參考圖1,圖1示例性地示出了根據本發明的脈沖雷達測 距系統的基本部件。在微控制器2的控制之下的時基控制電路1包 括發射時鐘發生器3,該發射時鐘發生器3用于在MHz范圍內以發 射時鐘頻率汀x產生發射時鐘CLKTx。發射時鐘CLKTx觸發發射 振蕩器4用于產生具有與發射時鐘頻率fpx相等的脈沖重復頻率的 微波發射脈沖TX。發射脈沖TX可以具有lns的持續以及在GHz 范圍內的頻率。發射時鐘發生器3和發射振蕩器4 一起構成發射脈 沖發生器5，該發射脈沖發生器5耦合至形式為四端口環行器6的 定向耦合裝置的第一端口 6a。環行器6的第二端口 6b耦合至基線 7,該基線7可以是任何信號延遲和反射裝置，例如已知延遲的延 遲線，并以脈沖發射阻抗失配終止。環4于器6的第三端口 6c連接 至天線8。發射^^沖TX通過環4于器6和連4妻至環4于器6的第三端口 6c 的天線8發射至目標9，例如容器的填充材料的表面。目標9把發 射脈沖TX以回波脈沖RX反射回來，天線84妄收該回波脈沖RX。 被接收的回波脈沖RX被導向經過環行器6經由第四端口 6d至信 號混合器10的兩個信號輸入10a、 10b中的第二個10b。時基控制 電路1還包括采樣時鐘發生器11用于在釆樣時鐘頻率fs時產生采 樣時鐘CLKs，該采樣時鐘頻率fs稍低于(例如若干kHz)發射時 鐘頻率fTX。采樣時鐘CLKs觸發本地振蕩器12用于產生與發射脈 沖TX形狀和頻率相同的采樣力永沖S，該采樣3永沖S還具有與采樣 時鐘頻率fs相等的脈沖重復頻率。采樣脈沖S被傳導至信號混合器 10的第一信號輸入10a,該信號混合器10通過把接收到的回波脈 沖RX乘以采樣力永沖S而產生即時頻率信號IF。由于采樣3永沖s的 脈沖重復頻率稍低于發射脈沖TX的脈沖重復頻率，采樣脈沖S將 在每個測量周期中在發射或回波脈沖間隔中少量增加，從而接收到 的回波脈沖RX通過于采樣脈沖S互相關而被采樣。該互相關和隨 后通過IF放大器14進行的積分和放大產生了信號SRX，該信號及 時并對應于接收到的回波脈沖RX的形狀而擴展。該信號SRX還在 微處理器2中被處理以確定發射脈沖TX到目標9的運行時間，并 因此確定來自天線8的目標9的距離d。
環行器6 4巴發射脈沖TX分開，從而其一部分TX'通過第二端 口6b在基線7中傳播，且另一部分TX〃泄漏至另一端口 6c，該端 口與天線8連接。發射脈沖部分TX'穿過基線7,被反射并作為參 考回波脈沖RX'出現在環行器6的端口 6b，該發射脈沖部分TX'從 端口 6b傳4番至在端口 6c的天線8。因此，泄漏發射月永沖部分TX〃 和參考回波脈沖RX'都被發射到目標9并被返回接收(和信號RX 一起)。圖2示出了傳輸信號和回波信號的時序圖。更詳細的是，圖2 示出了時間延長信號的包絡SRX。當發射脈沖部分TX'和參考回波 脈沖RX'從環行器6泄漏至混合器10時，它們呈現在信號SRX以 及來自目標9的回波RX中。發射脈沖部分TX'和參考回波脈沖RX' 從天線8發出，該天線具有固定延遲對應于4又僅取決于基線7的參 考距離dref。合并的測量信號RX是可變的并且依賴于到達目標9 的距離，其中合并的信號包括由發射脈沖TX〃生成的目標回波RTX〃 和由參考回波月永沖RX'生成的目標回波RRX'。圖2示出用于兩個不 同的距離d,和d2。參考距離dref被植入到接收到的測量信號RX中 并總是恒定的，因此可以與3巨離測量一同來才丸4亍才交準和it斷。
權利要求
1.一種脈沖雷達測距系統，具有-發射脈沖發生器裝置(5)，用于以發射時鐘頻率生成發射脈沖(TX)；-采樣脈沖發生器裝置(13)，用于以采樣時鐘頻率生成采樣脈沖(S)，所述采樣時鐘頻率與所述發射時鐘頻率略有不同；-信號混合器(10)，具有第一信號輸入端(10a)和第二信號輸入端(10b)，所述第一信號輸入端(10a)連接到所述采樣脈沖發生器裝置(13)上；-定向耦合裝置(6)，具有端口(6a，6c，6d)，所述這些端口分別連接到所述發射脈沖發生器裝置(5)上、天線(8)上和所述信號混合器(10)的所述第二信號輸入端(10a)上；-信號處理裝置(14，2)；-所述定向耦合裝置(6)設計為用于把將要通過所述天線(8)發射的發射脈沖(TX)傳送到目標(9)，以及用于將由所述天線(8)所接收的目標回波(RX)傳送到所述信號混合器(10)的所述第二信號輸入端(10b)；-所述信號混合器(10)設計為用于通過將所述回波脈沖(RX)與所述采樣脈沖(S)混合而生成中頻信號(IF)；以及-所述信號處理裝置(14，2)設計為用于評估所述中頻信號(IF)以確定目標距離(d)，其特征在于，-所述定向耦合裝置(6)具有四端口環行器，所述環行器具有設置在連接到所述發射脈沖發生器(5)上的端口(6a)和連接到所述天線(8)的端口(6c)之間的附加端口(6d)，-基線(7)連接到所述附加端口(6d)，所述基線(7)響應于輸入脈沖而生成參考回波脈沖(RX′)，-所述四端口環行器(6)設計為用于分離所述發射脈沖(TX)的一個部分(TX′)作為到所述基線(7)的所述輸入脈沖，以及用于將所述參考回波脈沖(RX′)傳送到所述天線(8)，以及所述信號處理裝置(14，2)進一步設計為用于確定由所述發射脈沖(TX″)生成的所述目標回波(RTX″)與由所述參考回波脈沖(RX′)生成的所述目標回波(RTX′)之間的參考距離(dref)。
全文摘要
在脈沖雷達測距系統中，定向耦合裝置被設計用于將通過天線(8)發射的發射脈沖(TX)傳送至目標(9)以及用于將通過天線(8)接收的目標反射信號(RX)傳送至信號混合器(10)，該信號混合器生成中頻信號。為了在目標測量中植入標準測量，該定向耦合裝置(6)包括四端口環行器，該環行器具有設置在用于接收發射脈沖(TX)的端口(6a)和耦合連接至天線(8)的端口(6c)之間的附加端口(6b)。基線(7)連接至所述附加端口(6b)，用于生成相應輸入脈沖的參考回波脈沖(RX′)。環行器(6)被設計用于分離發射脈沖(TX)的一部分(TX′)至基線(7)并將參考回波脈沖(RX′)傳送至天線(8)。
文檔編號G01S13/10GK101639534SQ20091016495
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月28日 優先權日2008年7月28日
發明者喬治·布爾恰 申請人:西門子妙聲力過程儀表公司