RU2661488C1 - Method of the distance measurement - Google Patents

Method of the distance measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2661488C1
RU2661488C1 RU2017128236A RU2017128236A RU2661488C1 RU 2661488 C1 RU2661488 C1 RU 2661488C1 RU 2017128236 A RU2017128236 A RU 2017128236A RU 2017128236 A RU2017128236 A RU 2017128236A RU 2661488 C1 RU2661488 C1 RU 2661488C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
signal
distance
discrete
samples
Prior art date
Application number
RU2017128236A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Аванесович Атаянц
Вячеслав Михайлович Давыдочкин
Виктор Витольдович Езерский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Контакт-1"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Контакт-1" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Контакт-1"
Priority to RU2017128236A priority Critical patent/RU2661488C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2661488C1 publication Critical patent/RU2661488C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
    • G01S13/70—Radar-tracking systems; Analogous systems for range tracking only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of measurement technology, in particular to measuring distance in a near frequency radar of industrial use, for example in level gauges. This result is achieved due to the fact that a linear connection of middle frequency of the difference signal with the measured distance is used for measurement. Decrease in the error in measuring the distance is ensured by a decrease in the distortion of the difference frequency signal (DFS) by the parasitic frequency modulation (FM), which is caused by frequency dispersion in the waveguide of the antenna-waveguide tract (AWT). Reduction of distortions is carried out by setting the necessary FM law. Necessary FM law depends on the length of the AWT waveguide and on the distance between the antenna and the object under control, so the process of it’s determination is iterative, but rapidly converging.
EFFECT: achieved technical result of the invention is a decrease in the measurement error of the distance caused by frequency dispersion in the AWT.
5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению расстояния в ближней частотной радиолокации промышленного применения, например, в закрытых резервуарах при измерении уровня жидкости путем пересчета измеренного расстояния от измерительного прибора до поверхности жидкости в уровень заполнения.The invention relates to the field of measuring technology, in particular to measuring the distance in the near frequency radar of industrial applications, for example, in closed tanks when measuring the liquid level by converting the measured distance from the measuring device to the surface of the liquid in the filling level.

Для достижения высокой точности измерения в дальномерах с частотной модуляцией стараются обеспечить возможно больший диапазон перестройки частоты ΔF при частотной модуляции (ЧМ) [1, стр. 274]. Обязательным условием высокой точности измерения является линейный закон изменения частоты при ЧМ.To achieve high accuracy, measurements in rangefinders with frequency modulation try to provide the largest possible frequency tuning range ΔF for frequency modulation (FM) [1, p. 274]. A prerequisite for high measurement accuracy is the linear law of frequency change during FM.

Во многих случаях, например при высоких температурах, во взрывоопасных зонах, радиационном влиянии и ряде других факторов, только отсутствие механического контакта с зондируемым объектом позволяет выполнить операцию измерения расстояния и автоматизировать процесс измерения. Однако в таких неблагоприятных условиях приходится, используя волновод, довольно далеко разносить блок генерации и обработки сигнала от антенны, установленной в зоне контроля. Измерению при этом подлежит расстояние от антенны до зондируемых объектов. Из-за частотной дисперсии электромагнитных волн в волноводе возникает паразитная частотная модуляция (ПЧМ) зондирующих волн даже при линейной ЧМ передатчика. При этом погрешность измерения значительно увеличивается при наличии паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) зондирующего сигнала и наличии многих объектов, зондируемых одновременно с контролируемыми объектами. Часто один из объектов является полезным, а остальные считаются помехами, которые вызывают увеличение погрешности измерения расстояния при перемещении полезного объекта мимо мешающего даже в благоприятных условиях отсутствия ПЧМ. Наличие ПЧМ и ПАМ приводят к значительному увеличения такой погрешности.In many cases, for example, at high temperatures, in hazardous areas, radiation exposure, and a number of other factors, only the absence of mechanical contact with the probed object allows you to perform a distance measurement operation and automate the measurement process. However, under such adverse conditions, it is necessary, using the waveguide, to spread the signal generation and processing unit from the antenna installed in the control zone rather far. In this case, the distance from the antenna to the probed objects is subject to measurement. Due to the frequency dispersion of electromagnetic waves in the waveguide, spurious frequency modulation (FFM) of the probe waves occurs even with a linear FM transmitter. Moreover, the measurement error increases significantly in the presence of spurious amplitude modulation (PAM) of the probing signal and the presence of many objects probed simultaneously with the controlled objects. Often, one of the objects is useful, and the rest are considered to be interference, which cause an increase in the error of distance measurement when moving a useful object past the interfering one even in favorable conditions without the MFD. The presence of FFM and PAM lead to a significant increase in such an error.

Для уменьшения погрешности используют различные способы уточнения результатов измерения. В частности, известен радиолокационный способ измерения расстояния, основанный на спектральном анализе СРЧ с последующим уточнением результатов измерений на дополнительном этапе обработки СРЧ, при выполнении которого формируют эталонный сигнал, варьируют его параметры и используют для расчета расстояния, когда параметры спектра эталонного сигнала наиболее близки к параметрам спектра СРЧ [2]. Однако искажения спектра сигнала из-за частотной дисперсии приводят к погрешности измерения всеми известными способами [3, 4, 5].To reduce the error, various methods of refining the measurement results are used. In particular, there is a known radar method for measuring distance, based on spectral analysis of the RF system with subsequent refinement of the measurement results at an additional stage of processing the RF system, during which the reference signal is formed, its parameters are varied and used to calculate the distance when the spectrum parameters of the reference signal are closest to the parameters RF spectrum [2]. However, distortions of the signal spectrum due to frequency dispersion lead to measurement errors by all known methods [3, 4, 5].

Снижение влияния паразитной частотной модуляции предложено в итерационном способе формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией [6], являющемся прототипом, цикл которого включает формирование периодического модулирующего напряжения, генерирование и возбуждение зондирующих волн, прием, спустя время распространения, отраженных эховолн, смешивание их с частью мощности зондирующих волн, выделение сигнала разностной частоты, измерение длительности мгновенных периодов сигнала разностной частоты за интервал обработки сигнала, являющегося частью периода модуляции. В последующих циклах измерений формируют корректирующее напряжение для уменьшения разности среднего и мгновенных значений длительности периодов до заданного контрольного уровня.Reducing the influence of spurious frequency modulation is proposed in an iterative method of generating a probing adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation [6], which is a prototype, the cycle of which includes the formation of periodic modulating voltage, generating and exciting probe waves, receiving, after the propagation time, reflected echo waves, mixing them with part of the power of the sounding waves, extracting the difference frequency signal, measuring the duration of instantaneous periods of the difference frequency signal for signal processing interval, which is part of the modulation period. In subsequent measurement cycles, corrective voltage is generated to reduce the difference between the average and instantaneous values of the duration of the periods to a given control level.

Если помех нет, то как для получения корректирующего напряжения модуляции, так и для измерения расстояния до зондируемой поверхности используют отраженные от зондируемой поверхности эховолныIf there is no interference, then, to obtain the correcting modulation voltage, and to measure the distance to the probed surface, echo waves reflected from the probed surface are used

При наличии помех приведенный вариант способа не применим.In the presence of interference, the above version of the method is not applicable.

Поэтому в условиях помех при одновременном зондировании нескольких объектов для формирования зондирующего адаптивного частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией одну часть мощности зондирующих волн через измерительный канал излучают в направлении зондируемых объектов и используют эхо волны от зондируемых объектов для измерения расстояния до них, а второй частью мощности зондирующих волн возбуждают опорный канал, выполненный в виде отрезка фидерной линии, и используют отраженный от конца фидерной линии эхосигнал для получения корректирующего напряжения модуляции.Therefore, under the conditions of interference when several objects are simultaneously probed to form a probing adaptive frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation, one part of the power of the probing waves is emitted through the measuring channel in the direction of the probed objects and wave echoes from the probed objects are used to measure the distance to them, and the second part of the power of the sounding waves excite the reference channel, made in the form of a piece of feeder line, and use reflected from the end f The core line echoes the signal to obtain the correct modulation voltage.

Формирование периодического напряжения модуляции Uмод(t) производится путем генерирования цифровых отсчетов Uмод(tj) в фиксированные моменты времени tj, преобразования их в дискретные аналоговые отсчеты и низкочастотной фильтрации, при этом формирование цифровых отсчетов модулирующего напряжения Uмод,k(tj) на k-м периоде модуляции производится рекурсивно по напряжению Uмод,k-1(tj) на предыдущем (k-1)-м периоде и корректирующему напряжению ΔUk(tj), полученному с учетом неравномерности мгновенных периодов сигнала разностной частоты:The formation of the periodic modulation voltage U mod (t) is performed by generating digital samples of U mod (t j ) at fixed times t j , converting them into discrete analog samples and low-pass filtering, while generating digital samples of the modulating voltage U mod, k (t j ) at the k-th modulation period is performed recursively in accordance with the voltage U mod, k-1 (t j ) at the previous (k-1) -th period and the correcting voltage ΔU k (t j ) obtained taking into account the non-uniformity of the instantaneous periods of the difference signal frequencies:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:

Figure 00000002
- корректирующее напряжение;Where:
Figure 00000002
- corrective voltage;

Figure 00000003
- постоянный коэффициент, равный средней крутизне нарастания модулирующего напряжения;
Figure 00000003
- a constant coefficient equal to the average steepness of the rise of the modulating voltage;

Uм - амплитуда модулирующего напряжения;U m - the amplitude of the modulating voltage;

Тм - период модуляции;T m - modulation period;

Figure 00000004
- относительное изменение периода сигнала разностной частоты;
Figure 00000004
- the relative change in the period of the signal of the differential frequency;

ΔТр(ti)=Tpi-Тср - отклонение периода сигнала разностной частоты от среднего значения;ΔT p (t i ) = T pi -T cf - the deviation of the period of the signal of the differential frequency from the average value;

Figure 00000005
- средний период сигнала разностной частоты;
Figure 00000005
- the average period of the differential frequency signal;

N - количество пересечений нулевого уровня сигналом разностной частоты за интервал обработки,N is the number of crossings of the zero level signal of the differential frequency for the processing interval,

причем значения η(t) в промежуточных точках tj между моментами пересечения сигналом разностной частоты нулевого уровня ti рассчитываются с помощью формул интерполяции.moreover, the values of η (t) at intermediate points t j between the moments when the signal crosses the differential frequency of the zero level t i are calculated using interpolation formulas.

Возможно формирование цифровых отсчетов модулирующего напряжения в точках пересечения нулевого уровня сигналом разностной частоты в k-м периоде модуляции Uмод,k(ti) путем перестановки на временной оси аналогичных отсчетов (k-1)-го периода по формулам:It is possible to generate digital samples of the modulating voltage at the intersection points of the zero level with a differential frequency signal in the kth modulation period U mod, k (t i ) by rearranging on the time axis similar samples of the (k-1) th period using the formulas:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

а в промежуточных точках периода модуляции с помощью интерполяции.and at the intermediate points of the modulation period using interpolation.

Цитированный способ может быть реализован устройством [7], содержащим схему цифровой обработки сигналов, антенно-волноводное устройство, управляемый генератор радиочастотного сигнала, синтезатор частоты с двумя входами и одним выходом, направленный ответвитель с одним входом и двумя выходами, смеситель с двумя входами и одним выходом, последовательно соединенные фильтр, схему предварительной аналоговой обработки, аналого-цифровой преобразователь, схему управления с одним входом и двумя выходами. При этом вход управляемого генератора радиочастотного сигнала соединен с выходом синтезатора частот, входы которого соединены, соответственно, с первым выходом управляемого генератора радиочастотного сигнала и первым выходом схемы цифровой обработки сигналов, а выход управляемого генератора радиочастотного сигнала соединен с последовательно соединенными делителем мощности и направленным ответвителем, первый выход которого соединен с входом антенно-волноводного устройства. Входы смесителя соединены, соответственно, со вторым выходом делителя мощности и со вторым выходом направленного ответвителя, а выход соединен с последовательно соединенными управляемыми фильтрами. Выход второго управляемого фильтра соединен со схемой предварительной аналоговой обработки, выход которой соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом схемы цифровой обработки сигналов. Вход схемы управления соединен со вторым выходом схемы цифровой обработки сигналов, а два ее выхода соединены со вторыми входами соответствующих управляемых фильтров.The cited method can be implemented by a device [7] containing a digital signal processing circuit, an antenna-waveguide device, a controlled radio-frequency signal generator, a frequency synthesizer with two inputs and one output, a directional coupler with one input and two outputs, a mixer with two inputs and one output, a series-connected filter, a preliminary analog processing circuit, an analog-to-digital converter, a control circuit with one input and two outputs. In this case, the input of the controlled generator of the radio frequency signal is connected to the output of the frequency synthesizer, the inputs of which are connected, respectively, with the first output of the controlled generator of the radio frequency signal and the first output of the digital signal processing circuit, and the output of the controlled generator of the radio frequency signal is connected to a series-connected power divider and directional coupler, the first output of which is connected to the input of the antenna-waveguide device. The inputs of the mixer are connected, respectively, with the second output of the power divider and with the second output of the directional coupler, and the output is connected to series-connected controlled filters. The output of the second controlled filter is connected to a preliminary analog processing circuit, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, and the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the digital signal processing circuit. The input of the control circuit is connected to the second output of the digital signal processing circuit, and its two outputs are connected to the second inputs of the respective controlled filters.

В последнем цитируемом способе при зондировании одного или нескольких объектов закон модуляции не меняется. Но при зондировании нескольких объектов, часть из которых может играть роль помех, используется опорный канал, выполненный в виде отрезка фидерной линии, в которой также существует дисперсия, однако степень искажения сигнала паразитной частотной модуляцией в опорном канале не может совпадать с искажениями сигнала паразитной частотной модуляцией в измерительном канале. В результате вновь возникает погрешность, вызываемая как дисперсией в измерительном канале, так и совместным влиянием дисперсии, ПАМ и помехами.In the last cited method, when probing one or more objects, the modulation law does not change. But when probing several objects, some of which may play the role of interference, the reference channel is used, made in the form of a piece of the feeder line, in which there is also dispersion, however, the degree of distortion of the signal by spurious frequency modulation in the reference channel cannot coincide with the distortion of the signal by spurious frequency modulation in the measuring channel. As a result, an error arises again, caused by both the dispersion in the measuring channel and the combined effect of dispersion, PAM, and interference.

Технический результат изобретения - уменьшение погрешности измерения расстояния как из-за влияния частотной дисперсии в волноводе антенно-волноводного тракта, так и из-за совместного влияния частотной дисперсии, ПАМ и взаимного влияния зондируемых объектов, каждый из которых играет роль помехи при измерении расстояний до других объектов.The technical result of the invention is to reduce the error of distance measurement both due to the influence of frequency dispersion in the waveguide of the antenna-waveguide path, and because of the combined effect of frequency dispersion, PAM and the mutual influence of probed objects, each of which plays the role of interference in measuring distances to other objects.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения расстояния радиодальномером с периодической дискретной частотной модуляцией зондирующих радиоволн, цикл измерения которого включает:The technical result is achieved by the fact that in the method of measuring distance by a radio range finder with periodic discrete frequency modulation of the probe radio waves, the measurement cycle of which includes:

генерирование радиочастотного сигнала с периодической дискретной частотной модуляцией с известными значениями начальной ƒ0 и конечной частот, диапазона частотной модуляции Δƒ, периода модуляции и числа дискретных отсчетов частоты М;generating a radio frequency signal with periodic discrete frequency modulation with known values of the initial ƒ 0 and final frequencies, the frequency modulation range Δƒ, the modulation period and the number of discrete samples of the frequency M;

формирование и излучение радиоволн в направлении зондируемых объектов;formation and emission of radio waves in the direction of the probed objects;

выделение части генерируемого радиочастотного сигнала;the allocation of part of the generated radio frequency signal;

прием, спустя время распространения, эховолн и формирование из них отраженного сигнала;reception, after the propagation time, of the echo waves and the formation of the reflected signal from them;

смешивание его с выделенной частью генерируемого радиочастотного сигнала;mixing it with the selected part of the generated radio frequency signal;

выделение низкочастотных составляющих результирующего сигнала и выделение из них сигнала разностной частоты (СРЧ), содержащего информацию о расстояниях до контролируемых объектов;the allocation of low-frequency components of the resulting signal and the allocation of them the signal of the differential frequency (RMS), containing information about the distances to the controlled objects;

аналоговую обработку СРЧ;analogue processing of RFs;

аналого-цифровое преобразование СРЧ;analog-to-digital conversion of the RF system;

вычисление разностной частоты, соответствующей отражению от одного из контролируемых объектов из числа зондируемых;calculation of the difference frequency corresponding to the reflection from one of the monitored objects from the number of probed;

вычисление расстояния до контролируемого объекта по известным скорости распространения радиоволн и разностной частоте СРЧ;calculating the distance to the controlled object from the known propagation velocity of the radio waves and the differential frequency of the RMS;

изменение закона частотной модуляции;changing the law of frequency modulation;

осуществляют следующую дополнительную совокупность действий с соблюдением следующих условий.carry out the following additional set of actions in compliance with the following conditions.

В каждом цикле измерений за исключением первого по результату выполненного измерения расстояния R до одного контролируемого объекта, известной длине волновода антенно-волноводного тракта L и критической частоте волновода ƒкр изменяют закон частотной модуляции и используют его в следующем цикле измерения расстояния до этого контролируемого объекта.In each measurement cycle, with the exception of the first measurement result of the distance R to one controlled object, the known length of the waveguide of the antenna-waveguide path L and the critical frequency of the waveguide ƒ cr , the law of frequency modulation is changed and used in the next cycle of measuring the distance to this controlled object.

При этом измерение расстояния до других контролируемых объектов последовательно выполняют с другими законами модуляции.In this case, the measurement of the distance to other controlled objects is sequentially performed with other modulation laws.

В первом цикле измерений сигнал генерируют с законом частотной модуляции, определенным дискретными отсчетами частоты ƒ(m) с текущими номерами m, в соответствии с выражениемIn the first measurement cycle, the signal is generated with a frequency modulation law defined by discrete frequency samples частоты (m) with current numbers m, in accordance with the expression

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
;
Figure 00000010
;
Figure 00000011
;
Figure 00000012
.Where
Figure 00000009
;
Figure 00000010
;
Figure 00000011
;
Figure 00000012
.

По измеренному расстоянию определяют величину разности

Figure 00000013
, где Rн=R/L, и при превышении модуля разности
Figure 00000014
заранее заданной величины Δ в следующих циклах измерений сигнал генерируют с законом частотной модуляции, определенным дискретными отсчетами частоты в соответствии с выражениемThe measured distance determines the difference
Figure 00000013
where R n = R / L, and when exceeding the modulus of the difference
Figure 00000014
of a predetermined value Δ in the next measurement cycles, the signal is generated with the law of frequency modulation determined by discrete frequency samples in accordance with the expression

Figure 00000015
Figure 00000015

а при уменьшении модуля разности

Figure 00000016
ниже заранее заданной величины Δ сигнал генерируют с законом частотной модуляции, определенным дискретными отсчетами частоты в соответствии с предыдущим выражением.while decreasing the modulus of the difference
Figure 00000016
below a predetermined value Δ, a signal is generated with a frequency modulation law determined by discrete frequency samples in accordance with the previous expression.

По дискретным отсчетам частоты ƒ(m) генерируют сигнал с цифровыми отсчетами частоты ƒц(m).Using discrete samples of frequency ƒ (m), a signal with digital samples of frequency ƒ c (m) is generated.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипов способа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемых объектах, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемых способа и устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found technical solutions characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototypes of the method made it possible to identify a set of essential (with respect to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed objects set forth in the claims. Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "novelty" under the current law. Information about the fame of the distinguishing features in the totality of the characteristics of the known technical solutions with the achievement of the same as the claimed method and device, there is no positive effect. Based on this, it was concluded that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Сопоставление признаков известного и предлагаемого способов для анализа изобретательского уровня показывает существенное отличие условий, режимов осуществления действий над электрическими сигналами (как континуальными, так и в виде цифровых отсчетов), которые характеризуются амплитудой, частотой и фазой.A comparison of the features of the known and proposed methods for analyzing the inventive step shows a significant difference between the conditions, the modes of operations on electrical signals (both continuous and in the form of digital samples), which are characterized by amplitude, frequency and phase.

Кроме того, условия и режимы осуществления совокупности действий взаимосвязаны с размерами антенно-волноводного устройства радиодальномера и измеряемым расстоянием.In addition, the conditions and modes of implementing the set of actions are interconnected with the dimensions of the antenna-waveguide device of the radio range finder and the measured distance.

Эти отличия приводят к появлению качественно новых свойств заявленного способа - возможности точного измерения расстояний до контролируемых объектов при искажении сигналов ПЧМ, вызванной дисперсией, и ПАМ.These differences lead to the appearance of qualitatively new properties of the claimed method - the ability to accurately measure distances to controlled objects with distortion of the IF signals caused by dispersion, and PAM.

Сущность предлагаемого способа поясняется с помощью структурной схемы одного из возможных радиодальномеров, схематично изображенной на фиг. 1, спектрами, изображенными на фиг. 2, фиг. 3, графиками, изображенными на фиг. 4.The essence of the proposed method is illustrated using a structural diagram of one of the possible radio range finders, schematically depicted in FIG. 1 by the spectra depicted in FIG. 2, FIG. 3, the graphs depicted in FIG. four.

На фиг. 2 изображен спектр трехчастотного сигнала при наличии волновода и линейном законе частотной модуляции.In FIG. 2 shows a spectrum of a three-frequency signal in the presence of a waveguide and a linear law of frequency modulation.

На фиг. 3 изображен спектр такого же трехчастотного сигнала при наличии волновода, измерении расстояния до объекта со средней разностной частотой и законе частотной модуляции ƒ(m) во втором цикле измерений.In FIG. Figure 3 shows the spectrum of the same three-frequency signal in the presence of a waveguide, measuring the distance to an object with an average difference frequency and the law of frequency modulation ƒ (m) in the second measurement cycle.

На фиг. 4 изображена погрешность измерения расстояния до одного контролируемого объекта при наличии волновода и мешающего отражения от антенны.In FIG. 4 shows the error in measuring the distance to one controlled object in the presence of a waveguide and interfering reflection from the antenna.

Радиодальномер с частотной модуляцией зондирующих радиоволн (фиг. 1) содержит: управляемый генератор радиочастотного сигнала (УГРС) 1 с одним входом и двумя выходами; схему цифровой обработки сигналов (СЦОС) 2 с тремя выходами и одним входом; антенно-волноводное устройство (АВУ) 3; делитель мощности (ДМ) 4 с одним входом и двумя выходами; направленный ответвитель (НО) 5 с одним входом и двумя выходами; смеситель 6 с двумя входами и одним выходом; синтезатор частоты (СЧ) 7 с одним выходом и двумя входами; фильтр 8; схему предварительной аналоговой обработки (СПАО) 9; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 с двумя входами и одним выходом.A radio range finder with frequency modulation of the probe radio waves (Fig. 1) contains: a controllable generator of a radio frequency signal (UGRS) 1 with one input and two outputs; Digital Signal Processing (DSP) 2 with three outputs and one input; antenna waveguide device (AVU) 3; power divider (DM) 4 with one input and two outputs; directional coupler (NO) 5 with one input and two outputs; mixer 6 with two inputs and one output; frequency synthesizer (MF) 7 with one output and two inputs; filter 8; pre-analog processing circuit (SPAO) 9; analog-to-digital converter (ADC) 10 with two inputs and one output.

Выход СЧ 7 соединен с входом УГРС 1. Входы СЧ 7 соединены, соответственно, с первым выходом УГРС 1 и с первым выходом СЦОС 2. Выход УГРС 1 соединен с последовательно соединенными ДМ 4 и НО 5, а первый выход НО 5 соединен с АВУ 3. Вторые выходы ДМ 4 и НО 5 соединены, соответственно, с первым и вторым входами смесителя 6, выход которого соединен с входом фильтра 8. Выход фильтра 8 соединен с последовательно соединенными СПАО 9 и АЦП 10, а выход АЦП 10 и его второй вход соединены, соответственно, с первым входом и вторым выходом СЦОС 2. Третий выход СЦОС 2 является информационным выходом радиодальномера.The output of the midrange 7 is connected to the input of the UGRS 1. The inputs of the midrange 7 are connected, respectively, with the first output of the UGRS 1 and with the first output of the SSCOS 2. The output of the UGRS 1 is connected to series-connected DM 4 and NO 5, and the first output of HO 5 is connected to the AVU 3 The second outputs DM 4 and HO 5 are connected, respectively, with the first and second inputs of the mixer 6, the output of which is connected to the input of the filter 8. The output of the filter 8 is connected to the series-connected SPAO 9 and ADC 10, and the output of the ADC 10 and its second input are connected , respectively, with the first input and the second output of the alarm system 2. The third output of the alarm system 2 is nformatsionnym yield of DME.

Антенна АВУ 3 может быть выполнена, например, в виде осесимметричного конического рупора.The antenna АВУ 3 can be made, for example, in the form of an axisymmetric conical horn.

Фильтр 8 может быть выполнен в виде широко известных [8, стр. 93-129] фильтра верхних частот или полосового фильтра.The filter 8 can be made in the form of a well-known [8, p. 93-129] high-pass filter or band-pass filter.

Практическая реализация устройства не представляет собой сложности и осуществляется на основе широко распространенных электронных элементов, например, производимых фирмами «ANALOG DEVICES», «MOTOROLA», «MICRONETICS», «PERE-GRINE» и др.The practical implementation of the device is not difficult and is carried out on the basis of widely distributed electronic elements, for example, those produced by ANALOG DEVICES, MOTOROLA, MICRONETICS, PERE-GRINE, etc.

С помощью радиодальномера с частотной модуляцией зондирующих радиоволн способ измерения расстояния осуществляют следующим образом.Using a radio range finder with frequency modulation of the probing radio waves, the distance measuring method is as follows.

Часть генерируемого радиочастотного сигнала с периодической частотной модуляцией в виде последовательности радиочастотных сигналов с известными значениями начальной ƒ0 и конечной частот, диапазона частотной модуляции Δƒ, периода модуляции и числа дискретных отсчетов частоты М, от УГРС 1 (фиг. 1), управляемого СЧ 7, через ДМ 4 и НО 5 поступает в антенну АВУ 3, которая формирует направленное излучение в направлении зондируемых объектов. После отражения от зондируемых объектов эховолны принимаются антенной АВУ 3 и преобразуются в отраженный сигнал, который через НО 5 поступает на второй вход смесителя 6. В качестве гетеродинного используют выделенную ДМ 4 часть генерируемого сигнала, которая поступает на первый вход смесителя 6. Выходной сигнал смесителя 6 фильтруется фильтром 8 и с первого выхода поступает на вход СПАО 9, где обрабатывается путем заданного усиления и дополнительного подавления высокочастотных составляющих. В результате выделяются низкочастотные составляющие результирующего сигнала, из которых выделяется информационная составляющая СРЧ uи(t,τR), содержащая информацию о расстояниях до контролируемых объектов. Информационную составляющую СРЧ uи(t,τR) используют для расчета расстояния. При этом в ней могут присутствовать также составляющие, созданные отражениями от контролируемых и мешающих объектов, которые приводят к погрешности измерения.Part of the generated RF signal with periodic frequency modulation in the form of a sequence of RF signals with known values of the initial ƒ 0 and final frequencies, the frequency modulation range Δƒ, the modulation period and the number of discrete samples of the frequency M, from UGRS 1 (Fig. 1), controlled by MF 7, through DM 4 and HO 5 it enters the antenna of the AVU 3, which generates directional radiation in the direction of the probed objects. After reflection from the probed objects, the echo waves are received by the antenna АВУ 3 and converted into a reflected signal, which through НО 5 is supplied to the second input of the mixer 6. As a heterodyne signal, the selected part 4 of the generated signal is used as the local oscillator, which is fed to the first input of the mixer 6. The output signal of the mixer 6 it is filtered by filter 8 and from the first output it enters the input of SPAO 9, where it is processed by a given gain and additional suppression of high-frequency components. As a result, the low-frequency components of the resulting signal are distinguished, from which the information component of the RMS u and (t, τ R ), which contains information about the distances to the controlled objects, is extracted. The information component of the UHF u and (t, τ R ) are used to calculate the distance. At the same time, it may also contain components created by reflections from controlled and interfering objects, which lead to measurement errors.

Выделенная информационная составляющая СРЧ uи(t,τR) через АЦП 10 поступает на первый вход СЦОС 2. С применением СЦОС 2 выполняют все действия над составляющими СРЧ, управляют синтезатором СЧ 7 заданием кодов дискретных частот и синхронизируют работу АЦП 10.The selected informational component of the RMS u and (t, τ R ) through the ADC 10 is fed to the first input of the RNC 2. Using SCLR 2, all actions on the RL components are performed, the synthesizer of the MF 7 is set by setting discrete frequency codes, and the ADC 10 is synchronized.

По цифровым отсчетам uци(m,τR), (где m=0, …, М - 1; М - число отсчетов) информационной составляющей СРЧ uи(t,τR) с помощью СЦОС 2 вычисляют спектр Sи(τR). Этот спектр искажен паразитной частотной модуляцией из-за частотной дисперсии в волноводе и его форма зависит от длины волновода антенно-волноводного тракта, паразитной амплитудной модуляции и наличия помех. Затем вычисляют центральную частоту спектра, например, по частоте его максимума, вычисляют и записывают в память СЦОС 2 расстояние R по известным скорости распространения радиоволн и вычисленной центральной частоте спектра.Using digital samples u qi (m, τ R ), (where m = 0, ..., M - 1; M is the number of samples) of the information component of the UHF u and (t, τ R ) using SCR 2, the spectrum S and (τ R ). This spectrum is distorted by spurious frequency modulation due to frequency dispersion in the waveguide, and its shape depends on the length of the waveguide of the antenna-waveguide path, spurious amplitude modulation and the presence of interference. Then, the center frequency of the spectrum is calculated, for example, by the frequency of its maximum, the distance R is calculated and recorded in the memory of SCE 2 according to the known propagation velocity of the radio waves and the calculated center frequency of the spectrum.

Используя записанные в памяти СЦОС 2 вычисленное расстояние R и априорные сведения о длине волновода антенно-волноводного тракта L, критической частоте волновода ƒкр, начальной частоте ƒ0 и диапазоне частотной модуляции Δƒ, по одному из приведенных выражений для ƒ(m), в зависимости от отношения вычисленного расстояния R к длине волновода антенно-волноводного тракта L, вычисляют необходимый закон частотной модуляции ƒ(m) и его цифровые отсчеты ƒц(m). Кодами, соответствующими цифровым отсчетам частот ƒц(m), с одного из выходов СЦОС 2 управляют синтезатором частоты СЧ 7, с помощью которого устанавливается частота генерации УГРС 1, близкая к ƒ(m).Using the calculated distance R and a priori information recorded in the memory of SCOS 2 and a priori information about the waveguide length of the antenna-waveguide path L, the critical waveguide frequency ƒ cr , the initial frequency ƒ 0 and the frequency modulation range Δƒ, according to one of the above expressions for ƒ (m), depending from the ratio of the calculated distance R to the waveguide length of the antenna-waveguide path L, the necessary frequency modulation law ƒ (m) and its digital samples ƒ c (m) are calculated. The codes corresponding to the digital samples of the frequencies ƒ c (m), from one of the outputs of the SSCOS 2 control the frequency synthesizer MF 7, with which the frequency of generation of the UGRS 1 is set close to ƒ (m).

Выбор контролируемого объекта осуществляют с использованием известного способа измерения дальности до нескольких целей [9] стр. 236, реализуемого на основе цифрового анализа спектра [9] стр. 240, который в данном случае выполняют, например, путем последовательной обработки части отсчетов дискретного спектра СРЧ (обработка в спектральном окне), начиная с первого отсчета. Количество обрабатываемых отсчетов соответствует величине элемента разрешения используемого сигнала с частотной модуляцией (например, 3 отсчета). Затем выполняют последовательное дискретное перемещение обрабатываемого участка спектра на величину одного элемента разрешения. Обработку выбранной части отсчетов дискретного спектра осуществляют при условии превышения максимальным отсчетом в этой части спектра заранее заданного порогового уровня. При этом спектральное окно устанавливают симметрично относительно обнаруженного максимального отсчета.The choice of a controlled object is carried out using the well-known method of measuring ranges to several targets [9] p. 236, implemented on the basis of digital spectrum analysis [9] p. 240, which in this case is performed, for example, by sequentially processing part of the samples of the discrete spectrum of the superficial frequency ( processing in the spectral window), starting from the first count. The number of processed samples corresponds to the value of the resolution element of the used signal with frequency modulation (for example, 3 samples). Then, sequential discrete movement of the processed portion of the spectrum is performed by the value of one resolution element. The selected part of the samples of the discrete spectrum is processed under the condition that the maximum sample in this part of the spectrum exceeds a predetermined threshold level. In this case, the spectral window is set symmetrically with respect to the detected maximum reference.

После измерения в соответствии с заявленным способом расстояния до первого выбранного объекта продолжают дальнейшее последовательное перемещение части выбранных отсчетов (спектрального окна) до тех пор, пока не будет обработан весь спектр СРЧ и не будут измерены расстояния до всех контролируемых объектов.After measuring, in accordance with the claimed method, the distances to the first selected object, continue further sequential movement of part of the selected samples (spectral window) until the entire spectrum of the RMS is processed and the distances to all controlled objects are measured.

Искажение спектра СРЧ S(x) иллюстрируется фиг. 2, где показан нормированный амплитудный спектр трехчастотного СРЧ, вычисленный с помощью дискретного преобразования Фурье [1]. При расчетах использованы: нормированная длина волновода xL=2ΔƒL/с равная 20 (здесь с - скорость света); нормированные расстояния до трех контролируемых объектов xR=2ΔƒR/c, равные соответственно 0, 20 и 40; диаметр круглого волновода 25 мм; ƒ0=8,5 ГГц и использован диапазон модуляции Δf=3 ГГц; х=FT - нормированная текущая частота F - циклическая частота СРЧ, Т - длительность интервала времени, соответствующего монотонному изменению частоты при частотной модуляции. Спектр нормирован к амплитудному значению спектра, не искаженному дисперсией. С учетом частотной дисперсии в волноводе антенно-волноводного тракта нормированные частоты максимумов спектра, соответствующие слагаемым СРЧ от трех контролируемых объектов, составляют около 27 бин, 47 бин и 67 бин.The distortion of the RHF spectrum S (x) is illustrated in FIG. 2, which shows the normalized amplitude spectrum of a three-frequency superfine frequency, calculated using the discrete Fourier transform [1]. In the calculations, we used: the normalized waveguide length x L = 2ΔƒL / s equal to 20 (here c is the speed of light); normalized distances to three controlled objects x R = 2ΔƒR / c, equal to 0, 20 and 40, respectively; diameter of a circular waveguide 25 mm; ƒ 0 = 8.5 GHz and the modulation range Δ f = 3 GHz is used; x = FT is the normalized current frequency F is the cyclic frequency of the frequency response, T is the duration of the time interval corresponding to a monotonic change in frequency with frequency modulation. The spectrum is normalized to the amplitude value of the spectrum, not distorted by the dispersion. Taking into account the frequency dispersion in the waveguide of the antenna-waveguide path, the normalized frequencies of the spectrum maxima corresponding to the components of the RMS from the three monitored objects are about 27 bin, 47 bin, and 67 bin.

На фиг. 3 показано, что в результате осуществления способа измерения расстояния для одного из контролируемых объектов, например, объекта, создающего слагаемое СРЧ с частотой около 47 бин, закон частотной модуляции ƒ(m) с помощью СЦОС 2 и СЧ 7 устанавливают таким, что в этом слагаемом СРЧ исчезает ПЧМ, при этом в слагаемых СРЧ с другими частотами (в приводимом примере с частотами 27 бин и 67 бин) ПЧМ подавлена не полностью и спектр становится неискаженным только для контролируемого объекта, создающего слагаемое СРЧ с частотой 47 бин. В результате можно точно определить расстояние до этого контролируемого объекта. После измерения расстояния до одного контролируемого объекта последовательно выполняют измерения до других контролируемых объектов с другими законами модуляции и с аналогичными совокупностями действий.In FIG. Figure 3 shows that, as a result of implementing the method of measuring the distance for one of the monitored objects, for example, an object that creates an RMS term with a frequency of about 47 bins, the law of frequency modulation ƒ (m) using SCR 2 and MF 7 is set such that in this term The RFM disappears in the IFM, while in the components of the RFM with other frequencies (in the given example with the frequencies of 27 bin and 67 bin), the IFM is not completely suppressed and the spectrum becomes undistorted only for the controlled object that creates the term of the RFM with the frequency of 47 bin. As a result, you can accurately determine the distance to this controlled object. After measuring the distance to one controlled object, measurements are successively carried out to other controlled objects with different modulation laws and with similar sets of actions.

Влияние помехового отражения от антенны на величину погрешности измерения расстояния по спектру сигнала с ПЧМ, полученное с помощью моделирования процесса измерения, показано на фиг. 4 (кривая 11). Сигнал u(m) с амплитудой U формировался на основе выраженияThe effect of interfering reflection from the antenna on the magnitude of the error in measuring the distance over the spectrum of the signal with the IFM obtained by modeling the measurement process is shown in FIG. 4 (curve 11). The signal u (m) with amplitude U was formed on the basis of the expression

Figure 00000017
Figure 00000017

при изменении расстояния от 0 до 1,5 м. Отношение помеха-сигнал q=0,2. Длина волновода 5 м. При расчете спектра использовалась весовая функция Блэкмана [10, 11]. С учетом постоянного смещения максимальное значение погрешности составляет около 0,25 м.when the distance changes from 0 to 1.5 m. The noise-signal ratio q = 0.2. The waveguide length is 5 m. In calculating the spectrum, the Blackman weight function was used [10, 11]. Given a constant bias, the maximum value of the error is about 0.25 m.

На той же фигуре приведена погрешность измерения при том же q, но при осуществлении заявленного способа измерения расстояния (кривая 12). В этом случае максимальное значение погрешности составляет около 0,0062 м. В приведенном примере общее уменьшение погрешности составляет 40 раз, а осциллирующая составляющая погрешности уменьшается в 18 раз.The same figure shows the measurement error for the same q, but when implementing the inventive method of measuring distance (curve 12). In this case, the maximum error value is about 0.0062 m. In the above example, the total error reduction is 40 times, and the oscillating component of the error decreases by 18 times.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Атаянц Б.А., Давыдочкин В.М., Езерский В.В., Паршин B.C., Смольский С.М. Прецизионные системы ближней частотной радиолокации промышленного применения. М.: Радиотехника. 2012. 512 с.1. Atayants B.A., Davydochkin V.M., Yezersky V.V., Parshin B.C., Smolsky S.M. Precision short-range radar systems for industrial applications. M .: Radio engineering. 2012.512 p.

2. Давыдочкин В.М., Паршин B.C. Измерение расстояния уровнемером с частотной модуляцией излучаемого сигнала при наличии мешающих отражений малой интенсивности. // Труды Российского НТО РЭС им. Попова Серия: Цифровая обработка сигналов и ее применение. 8-я Международная конференция Вып. VIII - 2. Москва. 2006. С. 530-533.2. Davydochkin V.M., Parshin B.C. Distance measurement with a level meter with frequency modulation of the emitted signal in the presence of interfering reflections of low intensity. // Proceedings of the Russian NTO RES named after Popova Series: Digital signal processing and its application. 8th International Conference Vol. VIII - 2. Moscow. 2006.S. 530-533.

3. Патент США №5546088 13.08.1996.3. US patent No. 5546088 08/13/1996.

4. Патент США №6107957 22.08.2000.4. US patent No. 6107957 08/22/2000.

5. Патент США №5504490 A, G01S 13/08, от 02.04. 1996.5. US patent No. 5504490 A, G01S 13/08, from 02.04. 1996.

6. Патент РФ №2234716. Способ формирования зондирующего частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией / Атаянц Б.А., Езерский В.В, Баранов И.В., Болонин В.А., Давыдочкин В.М., Кагаленко Б.В. Опубл. 20.08.2004.6. RF patent No. 2234716. A method of generating a probing frequency-modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation / Atayants B.A., Ezersky V.V., Baranov I.V., Bolonin V.A., Davydochkin V.M., Kagalenko B.V. Publ. 08/20/2004.

7. Патент РФ №2234688. Способ измерения расстояния до зондируемого материала, его электрофизических параметров (варианты), устройство для его осуществления и способ калибровки /. Атаянц Б.А., Езерский В.В, Баранов И.В., Болонин В.А., Давыдочкин В.М., Кагаленко Б.В., Пронин В.А. Опубл 20.08.2004.7. RF patent No. 2234688. A method of measuring the distance to the probed material, its electrophysical parameters (options), a device for its implementation and a calibration method. Atayants B.A., Ezersky V.V., Baranov I.V., Bolonin V.A., Davydochkin V.M., Kagalenko B.V., Pronin V.A. Published on 08.20.2004.

8. А.Дж. Пейтон, В.Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. (Пер. с англ.): М.: БИНОМ, 1994. 352 с.8. A.J. Peyton, W. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. (Translated from English): M .: BINOM, 1994.352 s.

9. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника. 2004. 320 с.9. Bakulev P.A. Radar systems. Textbook for high schools. - M .: Radio engineering. 2004.320 s.

10. Давыдочкина С.В. Весовые функции для адаптивного гармонического анализа финитных колебательных процессов // Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. Рязань, 2008. С. 78-81.10. Davydochkina S.V. Weight functions for adaptive harmonic analysis of finite-state oscillatory processes // Collection of scientific works of the faculty of Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostycheva. Ryazan, 2008.S. 78-81.

11. Дворкович В.П., Дворкович А.В. Оконные функции для гармонического анализа сигналов М.: Техносфера, 2014. - 112 с.11. Dvorkovich V.P., Dvorkovich A.V. Window functions for harmonic signal analysis M .: Technosphere, 2014. - 112 p.

Claims (10)

1. Способ измерения расстояния радиодальномером с периодической дискретной частотной модуляцией зондирующих радиоволн, цикл измерения которого включает: генерирование радиочастотного сигнала с периодической дискретной частотной модуляцией с известными значениями начальной ƒ0 и конечной частот, диапазона частотной модуляции Δƒ, периода модуляции и числа дискретных отсчетов частоты М; формирование и излучение радиоволн в направлении контролируемых объектов; выделение части генерируемого радиочастотного сигнала; прием, спустя время распространения, эховолн и формирование из них отраженного сигнала; смешивание его с выделенной частью генерируемого радиочастотного сигнала; выделение низкочастотных составляющих результирующего сигнала и выделение из них сигнала разностной частоты (СРЧ), содержащего информацию о расстояниях до контролируемых объектов, аналоговую обработку СРЧ, аналого-цифровое преобразование СРЧ, вычисление разностной частоты, соответствующей отражению от одного из контролируемых объектов, вычисление расстояния по известным скорости распространения радиоволн и разностной частоте СРЧ, изменение закона частотной модуляции, отличающийся тем, что в каждом цикле измерений за исключением первого по результату выполненного измерения расстояния R до одного контролируемого объекта, известной длине волновода антенно-волноводного тракта L и критической частоте волновода ƒкр изменяют закон частотной модуляции и используют его в следующем цикле измерения расстояния до этого контролируемого объекта.1. A method of measuring distance with a radio range finder with periodic discrete frequency modulation of the probe radio waves, the measurement cycle of which includes: generating a radio frequency signal with periodic discrete frequency modulation with known values of the initial ƒ 0 and final frequency, the frequency modulation range Δƒ, the modulation period and the number of discrete samples of the frequency M ; formation and emission of radio waves in the direction of controlled objects; the allocation of part of the generated radio frequency signal; reception, after the propagation time, of the echo waves and the formation of the reflected signal from them; mixing it with the selected part of the generated radio frequency signal; isolating the low-frequency components of the resulting signal and extracting from them a difference frequency signal (RMS) containing information about the distances to the controlled objects, analog processing of the RMS, analog-to-digital conversion of the RMS, calculating the difference frequency corresponding to the reflection from one of the monitored objects, calculating the distance from known the propagation velocity of the radio waves and the differential frequency of the frequency difference, a change in the law of frequency modulation, characterized in that in each measurement cycle with the exception of The result of measuring the distance R to one controlled object, the known length of the waveguide of the antenna-waveguide path L and the critical frequency of the waveguide ƒ cr, change the law of frequency modulation and use it in the next cycle of measuring the distance to this controlled object. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в первом цикле измерений сигнал генерируют с законом частотной модуляции, определенным дискретными отсчетами частоты ƒ(m) с текущими номерами m, в соответствии с выражением2. The method according to p. 1, characterized in that in the first measurement cycle the signal is generated with a frequency modulation law defined by discrete samples of frequency ƒ (m) with current numbers m, in accordance with the expression
Figure 00000018
,
Figure 00000018
, где a=Δƒ/ƒ0; b=ƒкр/ƒ0;
Figure 00000019
;
Figure 00000020
,where a = Δƒ / ƒ 0 ; b = ƒ cr / ƒ 0 ;
Figure 00000019
;
Figure 00000020
, и при превышении модулем разности
Figure 00000021
, где Rн=R/L, заранее заданной величины Δ в следующих циклах измерений сигнал генерируют с законом частотной модуляции, определенным дискретными отсчетами частоты в соответствии с выражениемand when the module exceeds the difference
Figure 00000021
, where R n = R / L, of a predetermined value Δ in the following measurement cycles, the signal is generated with a frequency modulation law defined by discrete frequency samples in accordance with the expression
Figure 00000022
,
Figure 00000022
, а при уменьшении модуля разности
Figure 00000023
ниже заранее заданной величины Δ сигнал генерируют с законом частотной модуляции, определенным дискретными отсчетами частоты в соответствии с предыдущим выражением.while decreasing the modulus of the difference
Figure 00000023
below a predetermined value Δ, a signal is generated with a frequency modulation law determined by discrete frequency samples in accordance with the previous expression. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по дискретным отсчетам частоты ƒ(m) генерируют сигнал с цифровыми отсчетами частоты ƒц (m).3. The method according to p. 1, characterized in that the discrete samples of the frequency ƒ (m) generate a signal with digital samples of the frequency ƒ c (m). 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выбор одного из контролируемых объектов выполняют путем обработки части отсчетов дискретного спектра СРЧ вокруг ожидаемого положения объекта, соответствующих величине одного элемента разрешения используемого сигнала с частотной модуляцией, и последовательного дискретного перемещения обрабатываемого участка спектра на величину одного элемента разрешения, начиная с первого отсчета.4. The method according to p. 1, characterized in that the selection of one of the monitored objects is performed by processing a portion of the samples of the discrete spectrum of the RF system around the expected position of the object, corresponding to the value of one resolution element of the used signal with frequency modulation, and sequential discrete movement of the processed portion of the spectrum by one permission element, starting from the first countdown. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку выбранной части отсчетов дискретного спектра осуществляют при превышении максимальным отсчетом в этой части заранее заданного порогового уровня.5. The method according to p. 1, characterized in that the processing of the selected part of the samples of the discrete spectrum is carried out when the maximum sample in this part exceeds the predetermined threshold level.
RU2017128236A 2017-08-07 2017-08-07 Method of the distance measurement RU2661488C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128236A RU2661488C1 (en) 2017-08-07 2017-08-07 Method of the distance measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128236A RU2661488C1 (en) 2017-08-07 2017-08-07 Method of the distance measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661488C1 true RU2661488C1 (en) 2018-07-17

Family

ID=62917228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128236A RU2661488C1 (en) 2017-08-07 2017-08-07 Method of the distance measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661488C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10123238A (en) * 1996-10-22 1998-05-15 Yokogawa Denshi Kiki Kk Distance measuring device
US6492038B1 (en) * 2000-11-27 2002-12-10 General Electric Company Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor
RU2234688C1 (en) * 2003-01-23 2004-08-20 ООО "Предприятие "Контакт-1" Method for measuring electrophysical parameters of probed material and distance to it (variants), device for realization of said method and method for calibrating said device
US20070057838A1 (en) * 2003-03-20 2007-03-15 Masayoshi Shono Transmit-receive FM-CW radar apparatus
RU2423723C1 (en) * 2010-04-09 2011-07-10 ООО предприятие "КОНТАКТ-1" Method of measuring distance using radio range finder with frequency modulation of probing radio waves (versions)
RU2426070C1 (en) * 2010-02-08 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный университет" Method of increasing accuracy of fm-range finder by scaling beat signal phase
KR101552546B1 (en) * 2014-12-30 2015-09-11 엘아이지넥스원 주식회사 Fmcw distance measuring system with built-in test mode and self test method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10123238A (en) * 1996-10-22 1998-05-15 Yokogawa Denshi Kiki Kk Distance measuring device
US6492038B1 (en) * 2000-11-27 2002-12-10 General Electric Company Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor
RU2234688C1 (en) * 2003-01-23 2004-08-20 ООО "Предприятие "Контакт-1" Method for measuring electrophysical parameters of probed material and distance to it (variants), device for realization of said method and method for calibrating said device
US20070057838A1 (en) * 2003-03-20 2007-03-15 Masayoshi Shono Transmit-receive FM-CW radar apparatus
RU2426070C1 (en) * 2010-02-08 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный университет" Method of increasing accuracy of fm-range finder by scaling beat signal phase
RU2423723C1 (en) * 2010-04-09 2011-07-10 ООО предприятие "КОНТАКТ-1" Method of measuring distance using radio range finder with frequency modulation of probing radio waves (versions)
KR101552546B1 (en) * 2014-12-30 2015-09-11 엘아이지넥스원 주식회사 Fmcw distance measuring system with built-in test mode and self test method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5023572A (en) Voltage-controlled oscillator with rapid tuning loop and method for tuning same
JP2007024671A (en) Distance measuring device, method, and program
JP2008516213A (en) Electro-optic distance measurement method by determining non-ideal chirp shape
RU2553272C1 (en) Method of measuring range and radial velocity in radar station with probing composite pseudorandom chirp pulse
CN100590450C (en) Microwave geodimeter
CN105024770B (en) Quantitative testing for sensitivity of a non-coherent FMCW autodyne receiver
RU2410650C2 (en) Method to measure level of material in reservoir
Singh Simultaneous estimation of moving-vibration parameters by sliding Goertzel algorithm in PLL technique
RU2661488C1 (en) Method of the distance measurement
RU2504739C1 (en) Device for determining fluid level in container
KR20220027541A (en) Lidar device using time delayed local oscillating light and operation method thereof
RU2017122646A (en) Method for measuring range and radial velocity in a radar with a probing composite pseudo-random chirp pulse
RU2434242C1 (en) Method of measuring distance and radio range finder with frequency modulation of probing radio waves (versions)
RU2654215C1 (en) Method of measuring distance by range finder with frequency modulation
RU2423723C1 (en) Method of measuring distance using radio range finder with frequency modulation of probing radio waves (versions)
RU2431155C1 (en) Method of measuring distance by range finder with frequency modulation of sounding radio waves
RU2399888C1 (en) Method of measuring level of material in reservoir
CN107209251B (en) Filling level measuring device
Kaminski et al. K-band FMCW radar module with interferometic capability for industrial applications
RU2706453C1 (en) Automatic tuning method for measuring a low level of a substance
RU2446407C1 (en) Method to detect area of power transmission and communication lines damage and device for its realisation
RU2655746C1 (en) Method of level measurement and radio range station with frequency modulation
RU75056U1 (en) INFORMATION-MEASURING SYSTEM OF RADIO EMISSION CONTROL
RU2244268C2 (en) Method of measuring level of material in reservoir
US7046345B2 (en) Apparatus for precise distance measurement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190808