專利名稱：一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法
技術領域：
本發明涉及一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法。本發明涉及一種壓控振蕩器(VCO)的掃頻非線性校正方法，尤其是涉及到基于該掃頻信號的調頻連續波(FMCW) 雷達測距系統用于液位計、物位計等測距使用。
背景技術：
調頻連續波雷達測距技術在液位測量系統中已應得到廣泛應用。在這種系統中， VCO發射線性掃頻信號，射頻信號在碰到液面后產生回波，由于回波信號頻率的滯后，使得反射信號頻率和發射信號頻率之間產生差頻，該差頻隨所測液位距離變化而變化，利用該差頻即可確定液位高度。雷達測距系統的精度受各個方面的影響，如溫度引起的器件特性改變、電路噪聲等，在調頻連續波測距系統中，影響測距精度最大的因素是VCO的掃頻非線性。然而，VCO本身并不是線性器件，具有較大的掃頻非線性。而液位測距精度極大的受到掃頻線性度的影響。因此，技術人員采取各種措施來提高VCO的掃頻線性度。目前主要的線性度校正方法有預校正法和閉環校正法。預校正法提前測繪出VCO 的調制電壓/輸出頻率曲線，然后根據該曲線進行補償。但VCO的非線性隨溫度變化而變化，所以該種方法受溫度的影響較大。且隨著VCO的老化引起性能變化，該方法將引起較大的誤差。VCO閉環校正多采用延遲線的方法，通過把發射頻率信號進行一定時間的延遲， 然后作為回波信號再和發射信號混頻，取得一個虛假的距離差拍信號。如果VCO的線性度足夠，則該差拍信號將是一個標準的單一頻率信號，通過對該信號的測量即可反饋調整VCO 的輸出頻率。另外常用的閉環校正方案采用一個本振，VCO的頻率和本振頻率差頻后進行分頻，然后對該分頻信號進行測量來補償VCO的調制電壓。然而上述方案的校正精度有限， 一般掃頻線性度在0. 之內，仍然會對距離測量精度產生一定的影響。
發明內容
本發明的目的是提供一種對VCO的掃頻頻率進行相位校正，校正精度可極大的提高。通過對VCO的頻率進行分頻，以達到和參考頻率同一等級。然后比較兩個頻率的相位， 根據相位差來調整VCO的控制電壓，以達到精確的頻率校正的目的高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法。本發明的目的是這樣實現的，一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法，它至少包括距離回波信號處理單元和壓控振蕩器(VCO)掃頻線性校正單元，其特征是距離回波信號處理單元中從天線接收到的掃頻信號通過環流器后和發射信號的一個支路信號進入混頻電路，在混頻電路中進行混頻產生差拍信號，差拍信號然后通過放大電路放達，放大電路的輸出信號進入AD采樣器變成數字信號送DSP處理器進行頻譜分析確定所測距離； 掃頻線性校正單元中從VCO發射電路的輸出的信號通過功放器分三路，一路直接通過環流器到天線，第二路到混頻電路，第三路到分頻器；分頻器通過功放器提取部分高頻掃頻信號，由分頻器產生一個低頻掃頻信號至相位檢測器的一個端口，同時DSP處理器控制參考頻率源產生另外一個低頻掃頻信號到相位檢測器另一端口，兩個低頻信號在相位檢測器中進行相位比較，其相位差通過相位/電壓轉換器生成VCO的控制電壓到，VCO發射電路的輸入端。所述的相位/電壓轉換器采用鎖相環(PLL)。所述的分頻器產生一個低頻掃頻信號與DSP處理器控制參考頻率源頻率為同一數量級。所述的參考頻率源它采用可編程晶振 (DDS)。本發明的優點是通過對VCO的掃頻頻率進行相位校正，使掃頻線性度精度可極大的提高。而通過對VCO的頻率進行分頻，以達到和參考頻率同一等級。然后比較兩個頻率的相位，根據相位差來調整VCO的控制電壓，以達到精確的頻率校正的目的。下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明
圖1是本發明實施例電路原理框圖。圖中，1、天線；2、環流器；3、混頻電路；4、放大電路；5、AD采樣器；6、參考頻率源； 7、DSP處理器；8、分頻器；9、相位檢測器；10、相位/電壓轉換器；11、VCO發射電路；12、功放器。
具體實施例方式如圖1所示，一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法，它至少包括距離回波信號處理單元和壓控振蕩器(VCO)掃頻線性校正單元，距離回波信號處理單元中從天線 1接收到的掃頻信號通過環流器2后和發射信號的一個支路信號進入混頻電路3，在混頻電路3中進行混頻產生差拍信號，差拍信號然后通過放大電路4放達，放大電路4的輸出信號進入AD采樣器5變成數字信號送DSP處理器7進行頻譜分析確定所測距離。掃頻線性校正單元中從VCO發射電路11的輸出的信號通過功放器12分三路，一路直接通過環流器2到天線1，第二路到混頻電路3，第三路到分頻器8 ；分頻器8通過功放器12提取部分高頻掃頻信號，由分頻器8產生一個低頻掃頻信號至相位檢測器9的一個端口，同時DSP處理器7控制參考頻率源6產生另外一個期望的低頻掃頻信號到相位檢測器 9另一端口，兩個低頻信號在相位檢測器9中進行相位比較，其相位差通過相位/電壓轉換器10生成VCO的控制電壓到，VCO發射電路11的輸入端。因此，VCO的掃頻線性度取決于低頻參考頻率源的掃頻線性度。本發明中，對VCO的高頻寬帶掃頻轉變為參考頻率源的低頻窄帶掃頻，VCO的掃頻線性度取決于參考頻率源的掃頻線性度。因此本發明有一個可編程高精度參考頻率源6，它采用可編程晶振(DDS)。本發明的相位/電壓轉換器10采用鎖相環(PLL)結構，然后通過環形低通濾波器實現VC0—調制電壓的輸出。通過對VCO的掃頻頻率進行相位校正，使掃頻線性度精度可極大的提高。而通過對VCO的頻率進行分頻，以達到和參考頻率同一等級(分頻器8產生一個低頻掃頻信號與 DSP處理器7控制參考頻率源6頻率為同一數量級)。然后比較兩個頻率的相位，根據相位差來調整VCO的控制電壓，以達到精確的頻率校正的目的。
權利要求
1.一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法，它至少包括距離回波信號處理單元和壓控振蕩器(VCO)掃頻線性校正單元，其特征是距離回波信號處理單元中從天線(1)接收到的掃頻信號通過環流器( 后和發射信號的一個支路信號進入混頻電路(3)，在混頻電路(3)中進行混頻產生差拍信號，差拍信號然后通過放大電路(4)放達，放大電路(4)的輸出信號進入AD采樣器( 變成數字信號送DSP處理器(7)進行頻譜分析確定所測距離； 掃頻線性校正單元中從VCO發射電路(11)的輸出的信號通過功放器(12)分三路，一路直接通過環流器⑵到天線(1)，第二路到混頻電路(3)，第三路到分頻器⑶；分頻器⑶通過功放器(1 提取部分高頻掃頻信號，由分頻器(8)產生一個低頻掃頻信號至相位檢測器 (9)的一個端口，同時DSP處理器(7)控制參考頻率源(6)產生另外一個低頻掃頻信號到相位檢測器(9)另一端口，兩個低頻信號在相位檢測器(9)中進行相位比較，其相位差通過相位/電壓轉換器(10)生成VCO的控制電壓到，VCO發射電路(11)的輸入端。
2.根據據權利要求1所述的一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法，其特征是所述的相位/電壓轉換器(10)采用鎖相環(PLL)。
3.根據據權利要求1所述的一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法，其特征是所述的分頻器(8)產生一個低頻掃頻信號與DSP處理器(7)控制參考頻率源(6)頻率為同一數量級。
4.根據據權利要求1所述的一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法，其特征是所述的參考頻率源(6)它采用可編程晶振(DDS)。
全文摘要
本發明涉及一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距方法。它至少包括距離回波信號處理單元和壓控振蕩器(VCO)掃頻線性校正單元通過對VCO的掃頻頻率進行相位校正，使掃頻線性度精度可極大的高。而通過對VCO的頻率進行分頻，以達到和參考頻率同一等級。然后比較兩個頻率的相位，根據相位差來調整VCO的控制電壓，以達到精確的頻率校正的目的。
文檔編號G01S7/40GK102565787SQ201010621500
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者李文杰, 杜冠華, 沈安家, 賈冬立, 陳建文 申請人:西安龍之夢網絡信息有限公司