[发明专利]一种距离测量装置及其测量方法及实际距离测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及距离测量技术，特别涉及基于有源应答的距离测量装置及其测量方法及实际距离测量方法。

背景技术

距离测量技术是一项基础测量技术，广泛应用于人类日常生活中，其测量精度是非常重要的指标，特别是在边坡垮塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测领域，往往要求距离测量精度极高。全站仪、水准仪等光学测距仪器虽然测距精度很高，但是并没有大规模应用于地质灾害监测之中，原因一方面是因为这些光学仪器在恶劣天气环境中无法正常使用，另一方面这些仪器成本较高，而且不能实现自动化控制测量。目前尚未出现成熟的地质灾害监测系统，主要是因为现有技术均不能同时兼顾测量精度高、作用距离远、在恶劣气象环境下正常运行等地质灾害监测设备的三大要素。

美国专利US 7,504,992 B2公开了一种用于滑坡监测的微位移测量装置和方法，测量装置分为询问机和应答机，它们的结构相同，但是工作在不同的工作模式，其中询问机首先向应答机发射一段连续波信号，应答机利用放大器和射频延迟线将接收到的信号延时后反馈回给询问机，而询问机通过测量和比较应答机转发的射频信号相位变化来获取两者之间的相对距离变化，该方法中应答机不包含时钟源，因此回避了有源应答测距系统中的时钟同步问题，但是由于采用射频延迟线实现转发延时，要实现大的延迟就会增大应答机的体积，而且延时的大小是固定的，不能灵活设置。

美国专利US8,644,768B2公开了一种无线电网络的两个节点之间测距方法与装置，在该专利中，测距装置由询问机和应答机组成，询问机和应答机中分别具有独立的参考时钟发生器和锁相环，在一次测量中双方锁相环产生的射频信号具有固定的频率差，询问机首先向应答机发送射频信号，应答机接收信号并与本地锁相环输出的信号混频得到频率固定的差频信号，应答机根据本地参考时钟测量差频信号的相位，然后交换角色，应答机发射射频信号，询问机测量接收信号降频处理后的差频信号的相位，双方各测得一个相位值以后同时按固定频率步进值改变各自本地锁相环的输出频率，重复之前测量两个相位值的过程再次得到两个相位值，如此步进发射信号频率值，测得一组相位值来解算询问机与应答机之间的距离。该专利所公开的测距方法需要往复发射多次测距信号，因此该方法测距需要的时间较长，测量的动态性能很差。

美国专利US8,094,061B2公开了一种微波相位测距的方法，主设备采用正交调制来产生与本地信号源固定相位差的射频信号并发射出去，从设备接收射频信号并经正交解调后测出接收信号与本地信号源的相位差，然后交换角色，从设备产生与本地信号源固定相位差的射频信号向主设备发射，主设备接收射频信号并再测出一个相位差，利用四个相位值及射频信号频率来计算两个设备之间的距离。这种方法需要主、从两个设备交换相位差和频率数据来解算两者间的距离，因此需要额外的通信信道。

上述现有的双节点有源应答式测距技术中，两设备间的收发同步问题采用了固定延迟线或两设备间交替收发技术来解决的，存在着设备体积大或测距时间长、动态性能差的问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种距离测量装置，利用该装置可以高精度测量出应答机和询问机之间的实际距离。本发明还提供了利用该装置的距离测量方法及实际距离测量方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种距离测量装置，包括询问机和应答机，所述询问机包括：T/R组件A、调制解调模块A、基带信号采集模块A、基带信号生成模块A、控制器A以及与控制器A连接的存储器A；

T/R组件A用于接收和发送射频信号；调制解调模块A用于从T/R组件A中接收射频信号并解调成I、Q两路模拟基带信号发送给基带信号采集模块A，并从基带信号生成模块A中接收I、Q两路模拟基带信号并调制成射频信号发送给T/R组件A；基带信号采集模块A用于将调制解调模块A输出的I、Q两路模拟基带信号转化为I、Q两路数字基带信号并发送给控制器A；基带信号生成模块A用于将控制器A发送的I、Q两路数字基带信号转换成I、Q两路模拟基带信号并发送给调制解调模块A；控制器A用于将存储器A中存储的I、Q两路数字基带信号发送给基带信号生成模块A，从基带信号采集模块A接收I、Q两路数字基带信号，并根据接收的数字基带信号和从存储器A中读取的数字基带信号计算应答机与询问机的距离；

所述应答机包括：T/R组件B、调制解调模块B、基带信号采集模块B、基带信号生成模块B、包络检波器、控制器B以及与控制器B连接的存储器B；所述控制器B具有延时时间预设模块，延时时间预设模块用于设置应答机的信号发送延时时间；