[发明专利]微波测距仪

说明书

本发明属于雷达技术领域，其特征为，以双频雷达（自我）往复运动产生的多普勒信号实现对静止目标的精确测距方法，主要用于（低成本）边坡雷达，或可用于（高精度）石油液位计。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，其特征为，以双频雷达（自我）往复运动产生的多普勒信号实现对静止目标的亚毫米（0.1-1mm）分辨率测距的方法，主要用于（低成本）边坡雷达，或可用于（高精度）石油液位计。

背景技术

雷达系统的（基本）距离分辨率公式是c/2B，当带宽5GHz时仅为30mm。亚毫米测距需要特殊措施。

边坡雷达是用于露天矿坑的滑坡监测系统，有合成孔径、真实孔径二种，前者生成方位-距离二维图像，后者相当于将“微波测距仪”安装在云台上生成三维地形图。现有真实孔径边坡雷达采用“载波相位干涉”技术与FMCW（或SFCW）结合的方法实现亚毫米级精度，射频构造复杂，系统售价二、三百万至近一千万元人民币。

对于万吨级石油储罐，商品结算时，液位计1毫米的测量误差也有较大的经济意义。现有FMCW雷达液位计，以“高阶谱估计”的方法期望达到毫米级精度。（请检索CN108072868A，CN107907878A、CN113049061A）。实践中，名义精度±3mm的雷达液位计，实测误差小于2cm（罗斯蒙特SAAB雷达液位计天线选型[J]，祝守丽，（2019）辽宁化工48卷10期1037页）。

双频雷达是用于对空探测的成熟技术。工作原理为，天线发射2个单频载波照射同一目标，以2路多普勒信号的相位差测距。多普勒频率与目标速度关系 fd=2v/λ一般为音频，距离与相位关系为R=(c/4πΔF)Δφ；一般以DSP的短时FFT（小波、希尔伯特变换）方法鉴相，多频方法消除距离模糊。工作特性举例：2个载频为F±300MHz，则“测尺长度”为c/2ΔF=250mm，假设DSP鉴相分辨率1度，则距离分辨率可达250/360=0.7mm。（袁俊泉，基于二次差频的多频连续波测距方法研究[J]，电子学报，（2004）32卷12期）。

双频雷达无法探测静止目标，也不能分辨相同速度下不同距离上的运动目标。本发明的设计思想是：以雷达（自我）往复运动产生的多普勒信号实现对静止目标的精确测距，在满足信道衰减、体积重量约束的前提下，尽可能选择毫米波段，尽可能选择窄波束天线。

发明内容

微波测距仪方法，其特征为，以双频雷达（自我）往复运动产生的多普勒信号实现对静止目标的精确测距；构造描述：将双频雷达安装在导轨上，导轨轴线与天线轴线平行，电机驱动雷达往复运动；导轨上有直线光栅，DSP的ADC可选择“等位移间隔”采样；过程描述：雷达匀速运动N倍波长的距离，DSP采集2路多普勒信号，FFT方法比相测距，以采样长度中点作为坐标原点。

附图说明

附图1为双频雷达电原理框图，部件如下：1为微波VCO，2为耦合器，3为微波功放，4为环形器，5为喇叭透镜天线，6为混频器，7为SPDT模拟开关，8、9为2路低频放大器，10为鉴相器，由（2路）ADC与DSP构成，11为50kHz方波发生器，12为数控电位器，方波改变幅度控制△F大小。系统自带简易微波频谱仪（未画出），DSP现场测量、控制实际△F。

附图2为多普勒信号产生示意图，部件1为窄波束天线，2为机械导轨，双频雷达安装其上；3为直线轴承，约束导轨与天线的径向跳动。当电机（未画出）驱动双频雷达往复运动时（如双向箭头所示），天线与目标的距离发生变化。由于天线主瓣产生的多普勒信号频率较高，可以数字滤波方法抑制旁瓣信号（fd×cosθ）。

具体实施方式

实施例一

将本发明所述的“微波测距仪”安装在云台（二自由度数控转台）上，照射“山体”、大坝，构成边坡雷达的射频系统。

实施例二

将本发明所述的“微波测距仪”安装在石油储运容器顶部的窗口处，向下照射液面，构成毫米波雷达液位计。