CN109752692B

CN109752692B - 手持式毫米波距离量测装置

Info

Publication number: CN109752692B
Application number: CN201711089058.8A
Authority: CN
Inventors: 柯俊吉; 林育正
Original assignee: Wanshih Electronic Co Ltd
Current assignee: Wanshih Electronic Co Ltd
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: CN109752692A

Abstract

一种手持式毫米波距离量测装置，应用于一待量测目标，该手持式毫米波距离量测装置包含一目标瞄准单元及一毫米波单元，该毫米波单元连接至该目标瞄准单元。该目标瞄准单元用以瞄准该待量测目标；在该目标瞄准单元瞄准该待量测目标之后，该毫米波单元发送一毫米波至该待量测目标，使得该待量测目标反射一反射波至该毫米波单元；在该毫米波单元接收该反射波之后，该毫米波单元处理该反射波以计算该待量测目标与该毫米波单元之间的一距离。

Description

手持式毫米波距离量测装置

技术领域

本发明涉及于一种距离量测装置，特别涉及一种手持式毫米波距离量测装置。

背景技术

距离量测装置，例如激光距离量测装置，用以量测及计算待量测目标与距离量测装置之间的距离。距离量测装置广泛地被应用；例如，当使用者在登山时，使用者即可利用距离量测装置量测距离，例如，量测往下的山谷与使用者之间的距离，使得使用者能得知往下的山谷与使用者之间的距离。

然而，目前的距离量测装置的缺点为量测距离不够长，且目前的距离量测装置容易受不良的量测环境(例如下雨或雾气)干扰，使得目前的距离量测装置不能容易地量测距离。

发明内容

为改善上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种手持式毫米波距离量测装置。

为达成本发明的上述目的，本发明的手持式毫米波距离量测装置应用于一待量测目标，该手持式毫米波距离量测装置包含：一目标瞄准单元；及一毫米波单元，该毫米波单元连接至该目标瞄准单元。其中该目标瞄准单元用以瞄准该待量测目标；在该目标瞄准单元瞄准该待量测目标之后，该毫米波单元发送一毫米波至该待量测目标，使得该待量测目标反射一反射波至该毫米波单元；在该毫米波单元接收该反射波之后，该毫米波单元处理该反射波以计算该待量测目标与该毫米波单元之间之一距离。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，其中该目标瞄准单元包含：一激光指示器，该激光指示器连接至该毫米波单元。其中该激光指示器用以发射一激光以瞄准该待量测目标。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，其中该目标瞄准单元更包含：一望远镜，该望远镜连接至该激光指示器。其中该激光瞄准该待量测目标的一激光点经由该望远镜被察看。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，其中该毫米波单元包含：一微控制器，该微控制器连接至该目标瞄准单元。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，其中该毫米波单元更包含：一射频前端子单元，该射频前端子单元电性连接至该微控制器。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，其中该毫米波单元更包含：一天线结构，该天线结构电性连接至该射频前端子单元。其中该射频前端子单元通过该天线结构发送该毫米波至该待量测目标；该射频前端子单元通过该天线结构接收该反射波。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，其中该毫米波单元更包含：一数字信号处理器，该数字信号处理器电性连接至该微控制器及该射频前端子单元。其中该数字信号处理器用以进行一时域降噪处理、一时域转频域转换、一频域降噪与窗函数处理、一固定误警率的计算、一信号峰值的搜寻、一距离计算、一速度计算及一角度计算。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，更包含：一显示单元，该显示单元电性连接至该毫米波单元。其中在该毫米波单元处理该反射波以计算该待量测目标与该毫米波单元之间的该距离之后，该显示单元显示该待量测目标与该毫米波单元之间的该距离。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，更包含：一电源供应单元，该电源供应单元电性连接至该目标瞄准单元、该毫米波单元及该显示单元。其中该电源供应单元用以供电予该目标瞄准单元、该毫米波单元及该显示单元。

再者，如上所述的手持式毫米波距离量测装置，其中该毫米波的一波束宽度小于15度；该毫米波的一频段介于76千兆赫至81千兆赫之间。

本发明具有长的量测距离，并且可克服不良的量测环境以容易地量测距离。

为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明的手持式毫米波距离量测装置的一实施例方框图；

图2为本发明的手持式毫米波距离量测装置的另一实施例方框图；

图3为本发明的毫米波单元的一实施例方框图；

图4为本发明的射频前端子单元及天线结构的一实施例方框图；

图5为本发明的手持式毫米波距离量测装置的一实施例外观图。

其中，附图标记

手持式毫米波距离量测装置 10

待量测目标 20

目标瞄准单元 102

毫米波单元 104

毫米波 106

反射波 108

显示单元 110

电源供应单元 112

激光指示器 114

激光 116

望远镜 118

激光光点 120

微控制器 122

射频前端子单元 124

天线结构 126

数字信号处理器 128

数字前端抽取滤波器电路 130

第一模拟转数字转换器 132

第二模拟转数字转换器 134

第三模拟转数字转换器 136

第四模拟转数字转换器 138

第一中频处理子电路 140

第二中频处理子电路 142

第三中频处理子电路 144

第四中频处理子电路 146

第一混波器 148

第二混波器 150

第三混波器 152

第四混波器 154

第一低噪声放大器 156

第二低噪声放大器 158

第三低噪声放大器160

第四低噪声放大器 162

第一功率放大器 164

第二功率放大器 166

多工器 168

合成器 170

斜坡产生器 172

第一接收子天线 174

第二接收子天线 176

第三接收子天线 178

第四接收子天线 180

第一发送子天线 182

第二发送子天线 184

模拟转数字转换电路 186

中频处理电路 188

混波电路 190

低噪声放大电路 192

功率放大电路 194

接收天线 196

发送天线 198

发射按钮 200

具体实施方式

在本揭露当中，提供了许多特定的细节，藉以提供对本发明的具体实施例的彻底了解；然而，本领域技术人员应当知晓，在没有一个或更多个该些特定的细节的情况下，依然能实践本发明；在其他情况下，则未显示或描述众所周知的细节以避免模糊了本发明的主要技术特征。兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：

请参考图1，其为本发明的手持式毫米波距离量测装置的一实施例方框图。一手持式毫米波距离量测装置10应用于一待量测目标20；该手持式毫米波距离量测装置10包含一目标瞄准单元102及一毫米波单元104；该毫米波单元104连接至该目标瞄准单元102。

该目标瞄准单元102用以瞄准该待量测目标20；在该目标瞄准单元102瞄准该待量测目标20之后，该毫米波单元104发送一毫米波106至该待量测目标20，使得该待量测目标20反射一反射波108至该毫米波单元104；在该毫米波单元104接收该反射波108之后，该毫米波单元104处理该反射波108以计算该待量测目标20与该毫米波单元104之间的一距离。

该毫米波106的一波束宽度(beam width)可为例如但本发明不限制为小于15度；该毫米波106为一调频连续波(frequency modulated continuous wave，通常简称为FMCW)、一脉波(pulse wave)或一频率移位按键(frequency shift keying，通常简称为FSK)波；该毫米波106的一频段介于76千兆赫(GHz)至81千兆赫(GHz)之间，或介于60千兆赫(GHz)至90千兆赫(GHz)之间。

请参考图2，其为本发明的手持式毫米波距离量测装置的另一实施例方框图；图2所示的元件与图1所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述；该手持式毫米波距离量测装置10更包含一显示单元110及一电源供应单元112；该目标瞄准单元102包含一激光指示器114及一望远镜118。

该显示单元110电性连接至该毫米波单元104；该电源供应单元112电性连接至该目标瞄准单元102、该毫米波单元104及该显示单元110；该激光指示器114连接至该毫米波单元104；该望远镜118连接至该激光指示器114。

该显示单元110可为例如但本发明不限制为一有机发光二极管(organic lightemitting diode，通常简称为OLED)显示器或一液晶显示器(liquid crystal display，通常简称为LCD)；该电源供应单元112可为例如但本发明不限制为一电池。其中，在一具体实施例，本发明采用功率较小的该激光指示器114，或是本发明亦可采用发光二极管以取代该激光指示器114。

再者，在另一具体实施例，本发明则采用功率较高的该激光指示器114(可测距)，因此本发明将可同时具备毫米波测距功能以及激光测距功能；毫米波及激光皆可做为长距离测距，但毫米波几乎不受环境干扰且精度约可达1/2000，而激光精度在无环境干扰可达1/20000，但在受到环境干扰时，误差就大于1/10，故应用上激光较适合在良好环境下使用来获得较高精密度，毫米波则适合在较恶劣环境下使用且可获得最稳定及最可靠性的量测。

在该毫米波单元104处理该反射波108以计算该待量测目标20与该毫米波单元104之间的该距离之后，该显示单元110显示该待量测目标20与该毫米波单元104之间的该距离。该电源供应单元112用以供电予该目标瞄准单元102、该毫米波单元104及该显示单元110。该激光指示器114用以发射一激光116以瞄准该待量测目标20；该激光116瞄准该待量测目标20的一激光光点120经由该望远镜118被使用者所察看。

请参考图3，其为本发明的毫米波单元的一实施例方框图；图3所示的元件与图1～2所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述；该毫米波单元104包含一微控制器122、一射频前端子单元124、一天线结构126及一数字信号处理器128。

该微控制器122连接至该目标瞄准单元102；该射频前端子单元124电性连接至该微控制器122；该天线结构126电性连接至该射频前端子单元124；该数字信号处理器128电性连接至该微控制器122及该射频前端子单元124。

该射频前端子单元124通过该天线结构126发送该毫米波106至该待量测目标20；该射频前端子单元124通过该天线结构126接收该反射波108。该数字信号处理器128用以进行数字信号处理，包含但不限制一时域降噪处理、一时域转频域转换、一频域降噪与窗函数处理、一固定误警率的计算、一信号峰值的搜寻、一距离计算、一速度计算及一角度计算；其中，该信号峰值必须大于该固定误警率且重复出现。

该微控制器122、该射频前端子单元124及该数字信号处理器128可为例如但本发明不限制为互补式金氧半场效晶体管(CMOSFET)架构；该天线结构126采用阵列天线技术，以提供高天线增益(大于10dBi)及窄波束宽度(小于15度)以避免接收到非所量测信号。

请参考图4，其为本发明的射频前端子单元及天线结构的一实施例方框图；图4所示的元件与图1～3所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述。该射频前端子单元124包含一数字前端抽取滤波器电路130、一模拟转数字转换电路186、一中频处理电路188、一混波电路190、一低噪声放大电路192、一功率放大电路194、一多工器168、一合成器170及一斜坡产生器172；该天线结构126包含一接收天线196及一发送天线198。

该数字前端抽取滤波器电路130电性连接至该微控制器122及该数字信号处理器128；该模拟转数字转换电路186电性连接至该数字前端抽取滤波器电路130；该中频处理电路188电性连接至该模拟转数字转换电路186；该混波电路190电性连接至该中频处理电路188；该低噪声放大电路192电性连接至该混波电路190；该功率放大电路194电性连接至该混波电路190；该多工器168电性连接至该混波电路190及该功率放大电路194；该合成器170电性连接至该多工器168；该斜坡产生器172电性连接至该合成器170；该接收天线196电性连接至该低噪声放大电路192；该发送天线198电性连接至该功率放大电路194。该多工器168可为例如但本发明不限定为一一对四多工器；该合成器170可为例如但本发明不限定为一20GHz合成器；该中频处理电路188所处理的信号频率可为例如但本发明不限定为小于20MHz。

该模拟转数字转换电路186包含一第一模拟转数字转换器132、一第二模拟转数字转换器134、一第三模拟转数字转换器136及一第四模拟转数字转换器138；该中频处理电路188包含一第一中频处理子电路140、一第二中频处理子电路142、一第三中频处理子电路144及一第四中频处理子电路146；该混波电路190包含一第一混波器148、一第二混波器150、一第三混波器152及一第四混波器154；该低噪声放大电路192包含一第一低噪声放大器156、一第二低噪声放大器158、一第三低噪声放大器160及一第四低噪声放大器162；该功率放大电路194包含一第一功率放大器164及一第二功率放大器166；该接收天线196包含一第一接收子天线174、一第二接收子天线176、一第三接收子天线178及一第四接收子天线180；该发送天线198包含一第一发送子天线182及一第二发送子天线184。

该第一模拟转数字转换器132电性连接至该数字前端抽取滤波器电路130；该第二模拟转数字转换器134电性连接至该数字前端抽取滤波器电路130；该第三模拟转数字转换器136电性连接至该数字前端抽取滤波器电路130；该第四模拟转数字转换器138电性连接至该数字前端抽取滤波器电路130；该第一中频处理子电路140电性连接至该第一模拟转数字转换器132；该第二中频处理子电路142电性连接至该第二模拟转数字转换器134；该第三中频处理子电路144电性连接至该第三模拟转数字转换器136；该第四中频处理子电路146电性连接至该第四模拟转数字转换器138；该第一混波器148电性连接至该第一中频处理子电路140；该第二混波器150电性连接至该第一混波器148及该第二中频处理子电路142；该第三混波器152电性连接至该第二混波器150及该第三中频处理子电路144；该第四混波器154电性连接至该第三混波器152及该第四中频处理子电路146；该第一低噪声放大器156电性连接至该第一混波器148；该第二低噪声放大器158电性连接至该第二混波器150；该第三低噪声放大器160电性连接至该第三混波器152；该第四低噪声放大器162电性连接至该第四混波器154；该第一功率放大器164电性连接至该第四混波器154；该第二功率放大器166电性连接至该第四混波器154及该第一功率放大器164；该第一接收子天线174电性连接至该第一低噪声放大器156；该第二接收子天线176电性连接至该第二低噪声放大器158；该第三接收子天线178电性连接至该第三低噪声放大器160；该第四接收子天线180电性连接至该第四低噪声放大器162；该第一发送子天线182电性连接至该第一功率放大器164；该第二发送子天线184电性连接至该第二功率放大器166。图4所示的射频电路部分利用超外差式电路将毫米波降至所需要的中频信号；中频信号处理部分乃将模拟中频信号取样并做数字化处理；噪声处理演算法部分乃先判定信号为所需信号并移除不需要的信号；距离处理演算法乃将判定为量测物信号作距离换算；速度处理演算法乃将判定为量测物信号作速度换算；角度处理演算法乃将判定为量测物信号作角度换算。

请参考图5，其为本发明的手持式毫米波距离量测装置的一实施例外观图；图5所示的元件与图1～4所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述。其中，该激光指示器114设置于该望远镜118的镜头周围；该毫米波单元104设置于该望远镜118的上面；该显示单元110设置于该望远镜118的上面及该毫米波单元104的后面。该手持式毫米波距离量测装置10更包含一发射按钮200，该发射按钮200电性连接至该毫米波单元104且设置于该毫米波单元104的上面；当该发射按钮200被使用者按压时，该毫米波单元104即发送该毫米波106以测量距离。再者，图5为单筒望远镜型式，本发明亦可为双筒望远镜型式。

再者，在一具体实施例，该望远镜118以一电子记录装置(例如手机或录影装置)取代；亦即，该目标瞄准单元102更包含该电子记录装置，连接至该激光指示器114，该激光116瞄准该待量测目标20的一激光光点120经由该电子记录装置被察看。再者，在一具体实施例，本发明可移除该望远镜118，而使用者直接目视该激光光点120。

再者，在一具体实施例，本发明可加入一陀螺仪，本发明测得该待量测目标20的距离信息之后，即可利用该待量测目标20的距离信息以计算得知该待量测目标20的高度(差)；例如，第一次先量测该待量测目标20的底部到该手持式毫米波距离量测装置10的距离，第二次则量测该待量测目标20的头部到该手持式毫米波距离量测装置10的距离，再利用该手持式毫米波距离量测装置10测量从该待量测目标20的底部到该待量测目标20的头部的转动的角度，即可计算得知该待量测目标20的高度(差)。

本发明具有长的量测距离，并且可克服不良的量测环境以容易地量测距离；在本发明的一具体实施例当中，本发明的量测距离为250米。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种手持式毫米波距离量测装置，应用于一待量测目标，其特征在于，该手持式毫米波距离量测装置包含：

一目标瞄准单元；及

一毫米波单元，该毫米波单元连接至该目标瞄准单元，

其中该目标瞄准单元用以瞄准该待量测目标；在该目标瞄准单元瞄准该待量测目标之后，该毫米波单元发送一毫米波至该待量测目标，使得该待量测目标反射一反射波至该毫米波单元；在该毫米波单元接收该反射波之后，该毫米波单元处理该反射波以计算该待量测目标与该毫米波单元之间的一距离。

2.根据权利要求1所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，该目标瞄准单元包含：

一激光指示器，该激光指示器连接至该毫米波单元，

其中该激光指示器用以发射一激光以瞄准该待量测目标。

3.根据权利要求2所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，该目标瞄准单元更包含：

一望远镜，该望远镜连接至该激光指示器，

其中该激光瞄准该待量测目标的一激光光点经由该望远镜被察看。

4.根据权利要求3所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，该毫米波单元包含：

一微控制器，该微控制器连接至该目标瞄准单元。

5.根据权利要求4所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，该毫米波单元更包含：

一射频前端子单元，该射频前端子单元电性连接至该微控制器。

6.根据权利要求5所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，该毫米波单元更包含：

一天线结构，该天线结构电性连接至该射频前端子单元，

其中该射频前端子单元通过该天线结构发送该毫米波至该待量测目标；该射频前端子单元通过该天线结构接收该反射波。

7.根据权利要求6所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，该毫米波单元更包含：

一数字信号处理器，该数字信号处理器电性连接至该微控制器及该射频前端子单元，

其中该数字信号处理器用以进行一时域降噪处理、一时域转频域转换、一频域降噪与窗函数处理、一固定误警率的计算、一信号峰值的搜寻、一距离计算、一速度计算及一角度计算。

8.根据权利要求7所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，更包含：

一显示单元，该显示单元电性连接至该毫米波单元，

其中在该毫米波单元处理该反射波以计算该待量测目标与该毫米波单元之间的该距离之后，该显示单元显示该待量测目标与该毫米波单元之间的该距离。

9.根据权利要求8所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，更包含：

一电源供应单元，该电源供应单元电性连接至该目标瞄准单元、该毫米波单元及该显示单元，

其中该电源供应单元用以供电予该目标瞄准单元、该毫米波单元及该显示单元。

10.根据权利要求9所述的手持式毫米波距离量测装置，其特征在于，该毫米波的一波束宽度小于15度；该毫米波的一频段介于76千兆赫至81千兆赫之间。