CN101639534A - 脉冲雷达测距*** - Google Patents

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Abstract

在脉冲雷达测距***中，定向耦合装置被设计用于将通过天线(8)发射的发射脉冲(TX)传送至目标(9)以及用于将通过天线(8)接收的目标反射信号(RX)传送至信号混合器(10)，该信号混合器生成中频信号。为了在目标测量中植入标准测量，该定向耦合装置(6)包括四端口环行器，该环行器具有设置在用于接收发射脉冲(TX)的端口(6a)和耦合连接至天线(8)的端口(6c)之间的附加端口(6b)。基线(7)连接至所述附加端口(6b)，用于生成相应输入脉冲的参考回波脉冲(RX′)。环行器(6)被设计用于分离发射脉冲(TX)的一部分(TX′)至基线(7)并将参考回波脉冲(RX′)传送至天线(8)。

Description

脉冲雷达测距***
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求的前序部分所述的脉冲雷达测距***。
背景技术
从US 4,521,778和US 4,132,991中已知了这样的脉冲雷达测距***。
脉冲雷达测距***基于发射至目标(例如，容器填充材料表面)以及从该目标反射的微波脉冲的运行时间的直接测量结果来提供距离或水平的测量结果。由于几米距离的运行时间在纳秒范围内，因此需要特殊的时间变换程序以使得能够测量这些短的时间周期。这些微波脉冲被以由发射时钟发生器给出的重复频率或发射时钟频率发射向目标。在信号混合器中，通过与发射脉冲相同形状但是采样时钟频率略低于发射时钟频率的采样脉冲相互关联对接收到从目标反射的回波脉冲进行采样。相互关联以及后来的积分或低通滤波导致中频(IF)信号，该中频信号对应于接收到的回波脉冲但是相对于其对时间扩展了因数T1/(T1-T2)，其中，T1是发射脉冲重复周期，以及T2是采样周期。时间扩展允许利用标准技术对回波脉冲进行放大、数字化以及其他处理。
脉冲雷达测距***中误差源之一是温度漂移。由于脉冲雷达的半导体器件的参数变化，水平测量结果将在指定温度范围内改变，而没有测量水平的实际改变。
从US 2008/0036649A1已知了脉冲雷达测距***，其中，可控开关根据控制信号将发射脉冲传送至天线以发射至目标，或者传送至校准模块(优选地，已知延迟的延迟线)，而以脉冲发射阻抗失配终止。因此，已知的脉冲雷达测距***具有两种工作模式，其中，测量模式被校准或诊断模式周期性中断。在校准和诊断模式中，测量由延迟线给定的基准距离的等同。对于校准脉冲雷达，根据测量的基准计算校正量，并应用于目标测量结果。出于诊断的目的，相对于可接受的范围来检查根据基准测量的值。该开关的性能可以相对于频率范围或噪声给测量功能和校准或诊断功能施加限制。
发明内容
因此本发明的一个目的是克服这些缺陷。
根据本发明，该目的是通过权利要求中限定的脉冲雷达测距***来实现。
因此，本发明的主题是脉冲雷达测距***，其包括：
-发射脉冲发生器装置，用于以发射时钟频率生成发射脉冲；
-采样脉冲发生器装置，用于以与发射时钟频率略有不同的采样时钟频率产生采样脉冲；
-信号混合器，具有第一信号输入端和第二信号输入端，所述第一信号输入端连接至采样脉冲发生器装置；
-定向耦合装置，具有分别耦合至发射脉冲发生器装置、耦合至天线以及耦合至信号混合器的第二信号输入端的多个端口；
-信号处理装置；
-定向耦合装置设计为用于把将要通过天线发射的发射脉冲传送到目标，以及用于将由天线所接收的目标回波传送到信号混合器的第二信号输入端；
-信号混合器设计为用于通过将回波脉冲与采样脉冲混合而生成中频信号；以及
-所述信号处理装置设计为用于评估所述中频信号以确定目标距离，
其特征在于，
-所述定向耦合装置具有四端口环行器，所述环行器具有设置在连接到所述发射脉冲发生器上的端口和连接到所述天线的端口之间的附加端口，
-基线连接到所述附加端口，所述基线响应于输入脉冲而生成参考回波脉冲，
-所述四端口环行器设计为用于分离所述发射脉冲的一个部分作为到所述基线的所述输入脉冲，以及用于将所述参考回波脉冲传送到所述天线，以及
所述信号处理装置进一步设计为用于确定由所述发射脉冲生成的所述目标回波与由所述参考回波脉冲生成的所述目标回波之间的参考距离。
本发明优选地利用了实时环行器的不足，诸如干扰和泄漏，以将标准测来那个置入到目标测量中。此外，不需要附加的开关来在天线和基线直接切换。
附图说明
现在参考优选的实施例以及附图对本发明进行说明。图中示出：
图1是根据本发明的脉冲雷达测距***的框图，以及
图2是在脉冲雷达测距***中的传输信号和回波信号的时序图。
具体实施方式
首先参考图1，图1示例性地示出了根据本发明的脉冲雷达测距***的基本部件。在微控制器2的控制之下的时基控制电路1包括发射时钟发生器3，该发射时钟发生器3用于在MHz范围内以发射时钟频率fTX产生发射时钟CLKTX。发射时钟CLKTX触发发射振荡器4用于产生具有与发射时钟频率fTX相等的脉冲重复频率的微波发射脉冲TX。发射脉冲TX可以具有1ns的持续以及在GHz范围内的频率。发射时钟发生器3和发射振荡器4一起构成发射脉冲发生器5，该发射脉冲发生器5耦合至形式为四端口环行器6的定向耦合装置的第一端口6a。环行器6的第二端口6b耦合至基线7，该基线7可以是任何信号延迟和反射装置，例如已知延迟的延迟线，并以脉冲发射阻抗失配终止。环行器6的第三端口6c连接至天线8。
发射脉冲TX通过环行器6和连接至环行器6的第三端口6c的天线8发射至目标9，例如容器的填充材料的表面。目标9把发射脉冲TX以回波脉冲RX反射回来，天线8接收该回波脉冲RX。被接收的回波脉冲RX被导向经过环行器6经由第四端口6d至信号混合器10的两个信号输入10a、10b中的第二个10b。时基控制电路1还包括采样时钟发生器11用于在采样时钟频率fS时产生采样时钟CLKS，该采样时钟频率fS稍低于(例如若干kHz)发射时钟频率fTX。采样时钟CLKS触发本地振荡器12用于产生与发射脉冲TX形状和频率相同的采样脉冲S，该采样脉冲S还具有与采样时钟频率fS相等的脉冲重复频率。采样脉冲S被传导至信号混合器10的第一信号输入10a，该信号混合器10通过把接收到的回波脉冲RX乘以采样脉冲S而产生即时频率信号IF。由于采样脉冲S的脉冲重复频率稍低于发射脉冲TX的脉冲重复频率，采样脉冲S将在每个测量周期中在发射或回波脉冲间隔中少量增加，从而接收到的回波脉冲RX通过于采样脉冲S互相关而被采样。该互相关和随后通过IF放大器14进行的积分和放大产生了信号SRX，该信号及时并对应于接收到的回波脉冲RX的形状而扩展。该信号SRX还在微处理器2中被处理以确定发射脉冲TX到目标9的运行时间，并因此确定来自天线8的目标9的距离d。
环行器6把发射脉冲TX分开，从而其一部分TX′通过第二端口6b在基线7中传播，且另一部分TX″泄漏至另一端口6c，该端口与天线8连接。发射脉冲部分TX′穿过基线7，被反射并作为参考回波脉冲RX′出现在环行器6的端口6b，该发射脉冲部分TX′从端口6b传播至在端口6c的天线8。因此，泄漏发射脉冲部分TX″和参考回波脉冲RX′都被发射到目标9并被返回接收(和信号RX一起)。
图2示出了传输信号和回波信号的时序图。更详细的是，图2示出了时间延长信号的包络SRX。当发射脉冲部分TX′和参考回波脉冲RX′从环行器6泄漏至混合器10时，它们呈现在信号SRX以及来自目标9的回波RX中。发射脉冲部分TX′和参考回波脉冲RX′从天线8发出，该天线具有固定延迟对应于仅仅取决于基线7的参考距离dref。合并的测量信号RX是可变的并且依赖于到达目标9的距离，其中合并的信号包括由发射脉冲TX″生成的目标回波RTX″和由参考回波脉冲RX′生成的目标回波RRX′。图2示出用于两个不同的距离d1和d2。参考距离dref被植入到接收到的测量信号RX中并总是恒定的，因此可以与距离测量一同来执行校准和诊断。

Claims (1)

1.一种脉冲雷达测距***，具有
-发射脉冲发生器装置(5)，用于以发射时钟频率生成发射脉冲(TX)；
-采样脉冲发生器装置(13)，用于以采样时钟频率生成采样脉冲(S)，所述采样时钟频率与所述发射时钟频率略有不同；
-信号混合器(10)，具有第一信号输入端(10a)和第二信号输入端(10b)，所述第一信号输入端(10a)连接到所述采样脉冲发生器装置(13)上；
-定向耦合装置(6)，具有端口(6a，6c，6d)，所述这些端口分别连接到所述发射脉冲发生器装置(5)上、天线(8)上和所述信号混合器(10)的所述第二信号输入端(10a)上；
-信号处理装置(14，2)；
-所述定向耦合装置(6)设计为用于把将要通过所述天线(8)发射的发射脉冲(TX)传送到目标(9)，以及用于将由所述天线(8)所接收的目标回波(RX)传送到所述信号混合器(10)的所述第二信号输入端(10b)；
-所述信号混合器(10)设计为用于通过将所述回波脉冲(RX)与所述采样脉冲(S)混合而生成中频信号(IF)；以及
-所述信号处理装置(14，2)设计为用于评估所述中频信号(IF)以确定目标距离(d)，
其特征在于，
-所述定向耦合装置(6)具有四端口环行器，所述环行器具有设置在连接到所述发射脉冲发生器(5)上的端口(6a)和连接到所述天线(8)的端口(6c)之间的附加端口(6d)，
-基线(7)连接到所述附加端口(6d)，所述基线(7)响应于输入脉冲而生成参考回波脉冲(RX′)，
-所述四端口环行器(6)设计为用于分离所述发射脉冲(TX)的一个部分(TX′)作为到所述基线(7)的所述输入脉冲，以及用于将所述参考回波脉冲(RX′)传送到所述天线(8)，以及
所述信号处理装置(14，2)进一步设计为用于确定由所述发射脉冲(TX″)生成的所述目标回波(RTX″)与由所述参考回波脉冲(RX′)生成的所述目标回波(RTX′)之间的参考距离(dref)。
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