[发明专利]一种高精度雷达测距方法

说明书

本发明公开了一种高精度雷达测距方法，通过变容二极管压振荡器在发射信号的周期和采样信号的周期间形成稳定且极小的时间差，利用发射脉冲信号和采样信号的微小周期差扩展放大电磁波传输时间以提高时间测量的精度，对被测回波信号扩展后进行测量，并采用变容二极管压控振荡器来实现频率差的控制，使两个晶体振荡器产生稳定的周期差且周期可数控的信号，以提高测量的精度。本发明的时间测量精度可达到皮秒，即距离测量精度可达到厘米，测量精度高，且实现较容易，相比于较贵的测量精度达到皮秒的微波计数器，大大的降低了成本；相较于较难实现的基于FPGA高精度的时间测量、时间电压转换等方法实现起来容易得多。

技术领域

本发明属于雷达测量技术领域，具体涉及一种提高精度的雷达测距方法。

背景技术

雷达测距具有稳定的测量性能和良好的环境适应性，受雨、雪、雾的干扰小，可以适应各种天气变化。使用雷达测距需要对电磁波在空气中传输的时间进行测量，从而根据测量的时间计算出电磁波在空气中传输的距离。但由于电磁波传播速度接近光速，近距离传输时相应的时间间隔很短，如果要达到厘米级的距离测量精度，那么时间测量的精度需要达到皮秒级，采用目前的技术手段难度较大。常用的时间测量方法有以下几种：

1.采用直接计数测量脉冲往返的时间，但该种方式精度较低，无法达到皮秒级要求。

2.采用微波计数器测量，其精度虽然已经可以达到皮秒的时间测量，但价格昂贵，很难普及。

可见，现有的几种方法存在精度不够或价格过高的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种雷达测距方法，通过变容二极管压振荡器在发射信号的周期和采样信号的周期间形成稳定且极小的时间差，利用发射脉冲信号和采样信号的微小周期差扩展放大电磁波传输时间以提高时间测量的精度，从而确保高精度的距离测量。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高精度雷达测距方法，包括如下步骤：

步骤A，设置两个周期相差很小的时钟信号，一个作为主时钟控制产生发射脉冲信号，周期为T1；另一个时钟用于产生周期为T2的采样信号，且T2>T1，则采样信号相对于发射脉冲信号的每次采样都将有一段延迟时间ΔT：

ΔT＝T2-T1 (1)

采用两个完全相同的时钟电路来产生时钟信号，时钟电路中利用变容二极管压控振荡器来实现频率差的控制，利用电容和变容管与晶体组成谐振回路，首先调节一个时钟电路的电压，使该电路f₁的频率达到一定值，其后通过调整另一个时钟电路的电压值来调整两个电路的频率差，从而形成稳定且极小的时间差ΔT；

步骤B，开启测量，首先使用采样信号对发射脉冲信号进行采样判断，当采样信号的上升沿检测到发射脉冲前沿时，确定发射开始时刻t₁；此时开启对接收回波信号的采样判断，并对计数器清零开始计时，当检测到相应的接收回波前沿时确认回波接收时刻t₂；此时切换到对发射脉冲信号进行采样判断，采样信号的上升沿检测到发射脉冲前沿时确认接收时刻t₃并计数器清零；当次测量完成，同时开启下一次测量；

步骤C，根据测得的t₁、t₂、t₃以及T1、T2，通过下式计算待测距离

式中c为电磁波在空气中传播的速度。

进一步的，所述步骤A中，时钟电路微调频率所需电压由处理器中的数模转换模块产生。

进一步的，所述数模转换模块为12位2通道电压输出数模转换模块。

进一步的，所述处理器为MCU。