[发明专利]一种高精度多普勒频率测速装置

说明书

本发明公开了一种高精度多普勒频率测速装置，包括：信号发射台与移动接收台；所述信号发射台包括信号发生单元、信号调制单元和信号发射单元，所述信号发生单元用于构建帧格式为ZC序列和共轭ZC序列构成的信标信号，并通过信号调制单元与信号发射单元对信标信号进行发射；所述移动接收台包括信号接收单元、信号提取单元、峰值检测单元及测速单元。本发明通过提出一种构建并发射ZC序列和共轭ZC序列的信号发射台，并在移动台利用简单相关器进行峰值检测，并通过查表即可实现高精度和大范围的运动速率测定，本发明通过测量ZC序列及共轭ZC序列的多普勒频率，间接实现移动速率的检测，测量方案简单且测量精度高。

技术领域

非接触式的速率测定是一种在实际运用中非常重要和困难的速率测定方式，也就是当物体自身自己在运动/转动的时候，解决如何测定自身速率的问题。多普勒频率测定法是测定速率一种优良方法，基本原理便是通过多普勒效应来实现速率的测定。多普勒效应指出，波在波源移向观察者接近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低，多普勒效应适用于所有类型的波，包括电磁波。如图1所示，在电磁波的多普勒效应中，当移动台移向发射基站时，频率变高，远离基站时，频率变低。因此，多普勒频率测定法是测定速率一种优良间接方法，其基本思路是当一个物体在移动过程中，通过测定接收到的电磁波多普勒频率偏移，就可以间接测定出物体移动的速率。

无线电信号的多普勒频率(Doppler Frequency)f_d，跟物体的运动速率v已及无线信号的载频频率f_c以及光速速率c满足下面的公式：

因此，一个运动物体的多普勒速率测定和速率测定平台由两部分构成，一部分是无线台发射无线特定电磁波，另外一部分是运动物体本身做无线台发射的电磁波信号做多普勒频率测定。因此，当精确的测定出物体运动的多普勒频率，就可以间接的精确测量出物体运动速率v。但是在现有的速率测定中，测定多普勒频率实现都非常复杂和繁琐，如常用的方法有无源测频法(又可分为谐振法和电桥法)和有源比较法，有源比较法又可分为拍频法和差频法。无源测频法(常用于频率粗测，精度在1％左右，实现复杂度非常高。有源法是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象，再通过检测零拍现象进行测频，常用于低频测量，精度较高，但测量的频率误差范围非常小，而且复杂度较高。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种高精度多普勒频率测速装置。

一种高精度多普勒频率测速装置，包括：信号发射台与移动接收台；所述信号发射台包括信号发生单元、信号调制单元和信号发射单元，所述信号发生单元用于构建帧格式为ZC序列和共轭ZC序列构成的信标信号，并通过信号调制单元与信号发射单元对信标信号进行发射；所述移动接收台包括信号接收单元、信号提取单元、峰值检测单元及测速单元，信号接收单元接收信标信号，接收的信号分别经过信号提取单元、峰值检测单元和测速单元，得到接收台的移动速率。

所述信号调制单元将构建的信标信号进行调制并通过所述信号发射单元对调制信号进行发射。

所述信号提取单元包括信号相关器，分别将接收信号中ZC序列和共轭ZC序列的信标信号提取出来，并去除干扰信号和噪声信号。

所述峰值检测单元分别检测接收的ZC序列和共轭ZC序列的峰值，并计算得到相关峰值时间差。

所述测速单元包括下位机，接收相关峰值时间差值，通过查表和曲线拟合获得信标信号的多普勒频率和移动接收台的速率。

所述信号发射单元和信号接收单元分别为发射天线和接收天线。

本发明的有益效果：本发明通过提出一种构建并发射ZC序列和共轭ZC序列的信号发射台，并在移动台利用简单相关器进行峰值检测，并通过查表即可实现高精度和大范围的运动速率测定，本发明通过测量ZC序列及共轭ZC序列的多普勒频率，间接实现移动速率的检测，测量方案简单且测量精度高。

附图说明

图1是多普勒效应原理示意图；