一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距電路的製作方法

2023-06-14 10:52:11 1

專利名稱：一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距電路。本實用新型涉及一種壓控振蕩器(VCO)的掃頻非線性校正方法，尤其是涉及到基於該掃頻信號的調頻連續波(FMCW)雷達測距系統用於液位計、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後產生回波，由於回波信號頻率的滯後，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本身並不是線性器件，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，技術人員採取各種措施來提高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 的調製電壓/輸出頻率曲線，然後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閉環校正多採用延遲線的方法，通過把發射頻率信號進行一定時間的延遲， 然後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採用一個本振，VCO的頻率和本振頻率差頻後進行分頻，然後對該分頻信號進行測量來補償VCO的調製電壓。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。
發明內容本實用新型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。然後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。本實用新型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電路，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，其特徵是 距離回波信號處理單元的天線通過環流器與混頻電路電連接，混頻電路中進行混頻產生差拍信號輸出端與放大電路電連接，放大電路的輸出信號端與AD採樣器電連接，AD採樣器輸出端與數位訊號送DSP處理器電連接；掃頻線性校正單元中的VCO發射電路的輸出端與功放器電連接，功放器有三路輸出支路，第一支路直接通過環流器與天線電連接，第二路支路與混頻電路輸入端電連接，第三支路與分頻器輸入端電連接；功放器輸出端與分頻器輸入端電連接，分頻器輸出端產生一個低頻掃頻信號與相位檢測器的一個埠電連接，同時 DSP處理器通過控制口與參考頻率源的控制端電連接，參考頻率源產生另外一個低頻掃頻信號與相位檢測器另一埠電連接，兩個低頻信號在相位檢測器中進行相位比較，其相位差輸出信號端與相位/電壓轉換器的電壓控制端電連接，相位/電壓轉換器生成VCO的控制電壓輸出與VCO發射電路的輸入端電連接。所述的相位/電壓轉換器採用鎖相環(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採用可編程晶振 (DDS)。本實用新型的優點是通過對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。然後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實用新型作進一步說明圖1是本實用新型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採樣器；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電路，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後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，差拍信號然後通過放大電路4放達，放大電路4的輸出信號進入AD採樣器5變成數位訊號送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的一個埠，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另一埠，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的掃頻線性度取決於低頻參考頻率源的掃頻線性度。本實用新型中，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的掃頻線性度取決於參考頻率源的掃頻線性度。因此本實用新型有一個可編程高精度參考頻率源6，它採用可編程晶振(DDS)。本實用新型的相位/電壓轉換器10採用鎖相環(PLL) 結構，然後通過環形低通濾波器實現VCO調製電壓的輸出。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)。然後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電路，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，其特徵是距離回波信號處理單元的天線(1)通過環流器( 與混頻電路(3)電連接，混頻電路(3)中進行混頻產生差拍信號輸出端與放大電路⑷電連接，放大電路⑷的輸出信號端與AD採樣器(5)電連接，AD採樣器(5)輸出端與數位訊號送DSP處理器(7)電連接；掃頻線性校正單元中的VCO發射電路(11)的輸出端與功放器(1 電連接，功放器(1 有三路輸出支路，第一支路直接通過環流器(2) 與天線(1)電連接，第二路支路與混頻電路(3))輸入端電連接，第三支路與分頻器(8)輸入端電連接；功放器(1 輸出端與分頻器(8)輸入端電連接，分頻器(8)輸出端產生一個低頻掃頻信號與相位檢測器(9)的一個埠電連接，同時DSP處理器(7)通過控制口與參考頻率源(6)的控制端電連接，參考頻率源(6)產生另外一個低頻掃頻信號與相位檢測器 (9)另一埠電連接，兩個低頻信號在相位檢測器(9)中進行相位比較，其相位差輸出信號端與相位/電壓轉換器(10)的電壓控制端電連接，相位/電壓轉換器(10)生成VCO的控制電壓輸出與VCO發射電路(11)的輸入端電連接。
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電路，其特徵是所述的相位/電壓轉換器(10)採用鎖相環(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電路，其特徵是所述的分頻器(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電路，其特徵是所述的參考頻率源(6)它採用可編程晶振(DDS)。
專利摘要本實用新型涉及一種高掃頻線性度的調頻連續波雷達測距電路。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。然後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G01S13/34GK201965232SQ201020697829
公開日2011年9月7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:李文杰, 河北珠峰儀器儀表設備有限公司