专利名称：一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法
技术领域：
本发明涉及一种梯形波调制方法，特别涉及一种利用梯形调制波提高调频连续波测距系统精度的方法，属于调频连续波测距领域。
背景技术：
调频连续波测距的原理是发射信号频率按照某种调制波形变化，发射信号在碰到目标后产生回波，由于回波信号滞后，回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，该差频和目标距离之间存在固定关系，准确检测该差频即可准确测距。目前常用于调频连续波测距系统的调制方式主要有线性调频和非线性调频两大类。其中线性调频主要包括锯齿波调频和三角波调频，即发射信号频率按照锯齿波或者三角波规律变化，其差频频率和目标距离有简单的对应关系，方便测距。但是该类调制波形都 有转折点，差频信号在对应处有不规则区，如图I中区域4所示。实际工程中该不规则区时间很短，差频急剧变化。按调频测距系统的结构，差频信号之后要经过模拟带通滤波器，通常情况下，由于实现困难和误差，该滤波器的群延迟响应不是常数，即不同频率的信号经过该滤波器的延迟不同。则差频信号经过该滤波器时，由于不规则区内频率急剧变化，每个时刻信号延迟都不同，所以经过该滤波器后，不规则区附近会发生不同频率信号相互混叠，产生不期望的冲击信号，对之后的规则区差频信号造成影响。而规则区的差频信号质量直接影响到测频测距精度。非线性调制主要是正弦波调制，即发射信号频率按正弦波的规律变化，其差频频率与目标距离之间不是线性关系，测距精度不高，还存在严重的距离�：�。
发明内容
本发明要解决的技术问题是利用梯形调制波减弱调制波形转折点所产生的冲击信号对差频信号规则区的影响，提高测距精度。本发明公开的一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，利用梯形调制波特点减弱调制波形转折点所产生的冲击信号对差频信号规则区的影响，可提高调频连续波测距精度。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明公开的一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，发射信号频率按照梯形调制波形变化，发射信号在碰到目标后产生滞后的回波，回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，利用差频信号频率和目标距离的对应关系测距。所述的梯形调制波形在一个周期内由一个上升段、一个高平坦段、一个下降段和一个低平坦段组成，上一段的终点和下一段的起点相接。上升段为一斜率为正的斜线，下降段为一斜率为负的斜线，两个平坦段是直线，其中上升段、高平坦段和下降段组成一个正立的梯形，下降段、低平坦段和下个周期的上升段组成一个倒立的梯形。所述的梯形调制波形经过数字模拟转换器DAC转换成模拟信号，再经放大器放大，驱动压控振荡器VCO产生调频发射信号，其频率按上述的梯形调制波形变化。梯形调制波形回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，梯形调制波形回波信号和发射信号通过混频器得到差频信号，所述的差频信号也是周期性的，所述的一个周期内差频信号区域划分如下，第一规则区对应发射信号调制波形的上升段的时间内差频信号频率是直线且为正值；第一不规则区对应调制波形上升段和高平坦段转折点的时间内，差频信号频率线性下降；第二规则区对应调制波形的高平坦段的时间内差频信号频率是直线且为零；第二不规则区对应调制波形高平坦段和下降段转折点的时间内，差频信号频率线性下降；第三规则区对应调制波形的下降段的时间内差频信号频率是直线且为负值；第三不规则区对应调制波形下降段和低平坦段转折点的时间内，差频信号频率线性上升；第四规则区对应调制波形的低平坦段的时间内差频信号频率是直线且为零；第四不规则区对应调制波形低平坦段和下一周期上升段的转折点的时间内，差频信号频率线性上升。从差频信号中把第一规则区和第三规则区部分信号取出，而将其余部分信号去除；可利用数字处理芯片实现从差频信号中把第一规则区和第三规则区部分信号取出，将其余部分信号去除。所述的数字处理芯片可为数字信号处理器DSP、可编程逻辑门阵列FPGA或计算机等。对取出的信号做频谱分析得到第一规则区内和第三规则区内的差频信号频率，其中第一规则区内和第三规则区内的差频信号频率和目标距离有的对应关系如公式R=fbTmc/(8 AF), fb为差频信号频率，ΔF是调制频偏，c是光速，Tm为调制周期，第一规则区和第三规则区的时间分别STm/4。这两个个时间段内的差频信号可以用来测距；第二规则区·则区内的差频信号频率线性下降或上升，与目标距离没有对应关系，也不能用于测距。所述的梯形波调制波形对应的差频信号的第一不规则区在经过滤波器后产生的冲击信号会落在第二规则区内，第二规则区并不能用来测距，所以对测距精度无影响。第二不规则区在经过滤波器后产生的冲击信号会落在第三规则区内，第三规则区需要用来测距，所以对测距精度有影响。由于该梯形波调制波形对应的差频信号的第一不规则区和第二不规则区，等价于同样调制频偏的三角波或锯齿波调制波形对应的差频信号的一个不规则区，所以差频信号频率下降或上升的幅度仅有后者的一半。所以上述第二不规则区对测距精度的影响仅有同样调制频偏的三角波或锯齿波调制波形对应的差频信号的一个不规则区对测距精度的影响的一半。有益效果本发明公开的一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，利用梯形调制波信号特点，减弱调制波形转折点所产生的冲击信号对差频信号规则区的影响，改善了用于后续测距算法的差频信号的质量，可提高调频连续波测距精度。
图I是目前已有的线性调频方式(以三角波为例)的发射信号、回波信号和差频信号频率示意图；图2是本发明提出的梯形波调制方法的发射信号、回波信号和差频信号频率示意图。其中1 一三角波调制时发射信号频率曲线、2—三角波调制时回波信号频率曲线、3一二角波调制时的频率转折点、4 一二角波调制时差频信号不规则区、5 一二角波调制时差频号频率曲线、6—上升段、7—第一转折点、8 —闻平坦段、9 一第二转折点、10—下降段、11一低平坦段、12—下一周期的上升段、13—发射信号频率曲线、14 一梯形波调制的回波信号频率曲线、15—第一规则区、16—第一不规则区、17—第二规则区、18—第二不规则区、19—第三规则区、20—第三不规则区、21—第四规则区、22—第四不规则区、23—下一周期的第一规则区、24—梯形波调制时差频信号频率变化曲线。
具体实施例方式实施例本实施例公开的一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，发射信号频率按照梯形调制波形变化，发射信号在碰到目标后产生滞后的回波，回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，利用差频信号频率和目标距离的对应关系测距。如图2所示，所述的梯形调制波形在一个周期内由上升段6、高平坦段8、下降段10和低平坦段11组成，上一段的终点和下一段的起点相接。上升段6为一斜率为正的斜线，下降段10为一斜率为负的斜线，两个平坦段8和11是直线，其中上升段6、高平坦段8和下降段10组成一个正 立的梯形，下降段10、低平坦段11和下一周期的上升段12组成一个倒立的梯形。所述的梯形调制波形经过数字模拟转换器DAC转换成模拟信号，再经放大器放大，驱动压控振荡器VCO产生调频发射信号，其频率按上述的梯形调制波形变化。梯形调制波形回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，梯形调制波形回波信号和发射信号通过混频器得到差频信号，所述的差频信号也是周期性的，所述的一个周期内差频信号区域划分如下，如图2所示，第一规则区15对应发射信号调制波形的上升段6的时间内差频信号频率是直线且为正值；第一不规则区16对应调制波形上升段6和高平坦段8转折点的时间内，差频信号频率线性下降；第二规则区17对应调制波形的高平坦段8的时间内差频信号频率是直线且为零；第二不规则区18对应调制波形高平坦段8和下降段10转折点的时间内，差频信号频率线性下降；第三规则区19对应调制波形的下降段10的时间内差频信号频率是直线且为负值；第三不规则区20对应调制波形下降段10和低平坦段11转折点的时间内，差频信号频率线性上升；第四规则区21对应调制波形的低平坦段11的时间内差频信号频率是直线且为零；第四不规则区22对应调制波形低平坦段11和下一周期上升段12的转折点的时间内，差频信号频率线性上升。从差频信号中把第一规则区15和第三规则区19部分信号取出，而将其余部分信号去除；可利用数字处理芯片实现从差频信号中把第一规则区15和第三规则区19部分信号取出，将其余部分信号去除。所述的数字处理芯片可为数字信号处理器DSP、可编程逻辑门阵列FPGA或计算机等。对取出的信号做频谱分析得到第一规则区15内和第三规则区19内的差频信号频率，其中第一规则区15内和第三规则区19内的差频信号频率和目标距离有的对应关系如公式，R= fbTmc/(8AF), fb为差频信号频率，AF是调制频偏，c是光速，Tffl为调制周期，第一规则区15和第三规则区19的时间分别为Tm/4。这两个个时间段内的差频信号可以用来测距；第二规则区17和第四规则区21内的差频信号频率为零，与目标距离没有对应关系，不能用于测距；四个不规则区内的差频信号频率线性下降或上升，与目标距离没有对应关系，也不能用于测距。所述的梯形波调制波形对应的差频信号的第一不规则区16在经过滤波器后产生的冲击信号会落在第二规则区17内，第二规则区17并不能用来测距，所以对测距精度无影响。第二不规则区18在经过滤波器后产生的冲击信号会落在第三规则区19内，第三规则区19需要用来测距，所以对测距精度有影响。由于该梯形波调制波形对应的差频信号的第一不规则区16和第二不规则区18，等价于同样调制频偏的三角波或锯齿波调制波形对应的差频信号的一个不规则区，所以差频信号频率下降或上升的幅度仅有后者的一半。所以上述第二不规则区18对测距精度的影响仅有同样调制频偏的三角波或锯齿波调制波形对应的差频信号的一个不规则区对测距精度 的影响的一半。
权利要求
1.一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，其特征在于具体步骤如下；发射信号频率按照梯形调制波形变化，发射信号在碰到目标后产生滞后的回波，回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，利用差频信号频率和目标距离的对应关系测距；所述的梯形调制波形在一个周期内由一个上升段、一个高平坦段、一个下降段和一个低平坦段组成，上一段的终点和下一段的起点相接；上升段为一斜率为正的斜线，下降段为一斜率为负的斜线，两个平坦段是直线，其中上升段、高平坦段和下降段组成一个正立的梯形，下降段、低平坦段和下个周期的上升段组成一个倒立的梯形；梯形调制波形回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，梯形调制波形回波信号和发射信号通过混频器得到差频信号，所述的差频信号也是周期性的，所述的一个周期内差频信号区域划分如下，第一规则区对应发射信号调制波形的上升段的时间内差频信号频率是直线且为正值；第一不规则区对应调制波形上升段和高平坦段转折点的时间内，差频信号频率线性下降；第二规则区对应调制波形的高平坦段的时间内差频信号频率是直线且为零；第二不规则区对应调制波形高平坦段和下降段转折点的时间内，差频信号频率线性下降；第三规则区对应调制波形的下降段的时间内差频信号频率是直线且为负值；第三不规则区对应调制波形下降段和低平坦段转折点的时间内，差频信号频率线性上升；第四规则区对应调制波形的低平坦段的时间内差频信号频率是直线且为零；第四不规则区对应调制波形低平坦段和下一周期上升段的转折点的时间内，差频信号频率线性上升；从差频信号中把第一规则区和第三规则区部分信号取出，而将其余部分信号去除；对取出的信号做频谱分析得到第一规则区内和第三规则区内的差频信号频率，其中第一规则区内和第三规则区内的差频信号频率和目标距离有的对应关系如公式R=fbTmc/(8 AF), fb为差频信号频率，ΔF是调制频偏，c是光速，Tm为调制周期，第一规则区和第三规则区的时间分别为Tm/4。
2.根据权利要求I所述的一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，其特征在于所述的梯形调制波形经过数字模拟转换器DAC转换成模拟信号，再经放大器放大，驱动压控振荡器VCO产生调频发射信号，其频率按权利要求I所述的梯形调制波形变化。
3.根据权利要求I或2所述的一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，其特征在于利用数字处理芯片实现从差频信号中把第一规则区和第三规则区部分信号取出，将其余部分信号去除；所述的数字处理芯片为数字信号处理器DSP、可编程逻辑门阵列FPGA或计算机。
全文摘要
本发明公开的一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法，涉及一种梯形波调制方法，属于调频连续波测距领域。本发明实现步骤如下发射信号频率按照梯形调制波形变化，发射信号在碰到目标后产生滞后的回波，回波信号频率和发射信号频率之间存在差频，利用差频信号频率和目标距离的对应关系测距。从差频信号中把第一规则区和第三规则区部分信号取出，而将其余部分信号去除；对取出的信号做频谱分析得到第一规则区内和第三规则区内的差频信号频率，第一规则区内和第三规则区内的差频信号频率和目标距离有的对应关系如公式R＝fbTmc/(8ΔF)。本发明利用梯形调制波特点减弱调制波形转折点所产生的冲击信号对差频信号规则区的影响，可提高调频连续波测距精度。
文档编号G01S17/08GK102944877SQ20121048267
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者潘曦, 徐立新, 向程勇, 王正浩, 张兆森 申请人:北京理工大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
