專利名稱：一種高掃頻線性度的調(diào)頻連續(xù)波雷達測距方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高掃頻線性度的調(diào)頻連續(xù)波雷達測距方法。本發(fā)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(diào)頻連續(xù)波(FMCW) 雷達測距系統(tǒng)用于液位計、物位計等測距使用。
背景技術：
調(diào)頻連續(xù)波雷達測距技術在液位測量系統(tǒng)中已應得到廣泛應用。在這種系統(tǒng)中， VCO發(fā)射線性掃頻信號，射頻信號在碰到液面后產(chǎn)生回波，由于回波信號頻率的滯后，使得反射信號頻率和發(fā)射信號頻率之間產(chǎn)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(tǒng)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(diào)頻連續(xù)波測距系統(tǒng)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(huán)校正法。預校正法提前測繪出VCO 的調(diào)制電壓/輸出頻率曲線，然后根據(jù)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(huán)校正多采用延遲線的方法，通過把發(fā)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(fā)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(diào)整VCO 的輸出頻率。另外常用的閉環(huán)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(diào)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(nèi)，仍然會對距離測量精度產(chǎn)生一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(jù)相位差來調(diào)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(diào)頻連續(xù)波雷達測距方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種高掃頻線性度的調(diào)頻連續(xù)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(huán)流器后和發(fā)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(chǎn)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(shù)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(fā)射電路的輸出的信號通過功放器分三路，一路直接通過環(huán)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換器生成VCO的控制電壓到，VCO發(fā)射電路的輸入端。所述的相位/電壓轉(zhuǎn)換器采用鎖相環(huán)(PLL)。所述的分頻器產(chǎn)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(shù)量級。所述的參考頻率源它采用可編程晶振 (DDS)。本發(fā)明的優(yōu)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(jù)相位差來調(diào)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(fā)明作進一步說明

圖1是本發(fā)明實施例電路原理框圖。圖中，1、天線；2、環(huán)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(zhuǎn)換器；11、VCO發(fā)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(diào)頻連續(xù)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(huán)流器2后和發(fā)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(chǎn)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(shù)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(fā)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(huán)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換器10生成VCO的控制電壓到，VCO發(fā)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(fā)明中，對VCO的高頻寬帶掃頻轉(zhuǎn)變?yōu)閰⒖碱l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(fā)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(fā)明的相位/電壓轉(zhuǎn)換器10采用鎖相環(huán)(PLL)結構，然后通過環(huán)形低通濾波器實現(xiàn)VC0—調(diào)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(chǎn)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(shù)量級)。然后比較兩個頻率的相位，根據(jù)相位差來調(diào)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(diào)頻連續(xù)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(huán)流器( 后和發(fā)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(chǎn)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(shù)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(fā)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(huán)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換器(10)生成VCO的控制電壓到，VCO發(fā)射電路(11)的輸入端。
2.根據(jù)據(jù)權利要求1所述的一種高掃頻線性度的調(diào)頻連續(xù)波雷達測距方法，其特征是所述的相位/電壓轉(zhuǎn)換器(10)采用鎖相環(huán)(PLL)。
3.根據(jù)據(jù)權利要求1所述的一種高掃頻線性度的調(diào)頻連續(xù)波雷達測距方法，其特征是所述的分頻器(8)產(chǎn)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(shù)量級。
4.根據(jù)據(jù)權利要求1所述的一種高掃頻線性度的調(diào)頻連續(xù)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(fā)明涉及一種高掃頻線性度的調(diào)頻連續(xù)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(jù)相位差來調(diào)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(yōu)先權日2010年12月20日
發(fā)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(wǎng)絡信息有限公司