專利名稱：脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)沖又利要求的前序部分所述的脈沖雷達(dá)測 距系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
乂人US 4,521,778和US 4，132，991中已知了這樣的脈沖雷達(dá)測距 系統(tǒng)。
脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)基于發(fā)射至目標(biāo)(例如，容器填充材料表面) 以及乂人該目標(biāo)反射的樣"皮月永沖的運(yùn)行時(shí)間的直接測量結(jié)果來4是供 距離或水平的測量結(jié)果。由于幾米距離的運(yùn)行時(shí)間在納秒范圍內(nèi)， 因此需要特殊的時(shí)間變換程序以使得能夠測量這些短的時(shí)間周期。 這些微波脈沖被以由發(fā)射時(shí)鐘發(fā)生器給出的重復(fù)頻率或發(fā)射時(shí)鐘 頻率發(fā)射向目標(biāo)。在信號混合器中，通過與發(fā)射脈沖相同形狀但是
從目標(biāo)反射的回波脈沖進(jìn)行采樣。相互關(guān)聯(lián)以及后來的積分或低通 濾波導(dǎo)致中頻(IF)信號，該中頻信號對應(yīng)于接收到的回波脈沖但 是相對于其對時(shí)間擴(kuò)展了因數(shù)T1/(T1-T2)，其中，Tl是發(fā)射脈沖重 復(fù)周期，以及T2是采樣周期。時(shí)間擴(kuò)展允許利用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)對回波 月永沖進(jìn)4亍方文大、lt字化以及其他處理。脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)中誤差源之一是溫度漂移。由于脈沖雷達(dá)的 半導(dǎo)體器件的參數(shù)變化，水平測量結(jié)果將在指定溫度范圍內(nèi)改變，
而沒有測量水平的實(shí)際改變。
從US 2008/0036649 Al已知了 ^K沖雷達(dá)測距系統(tǒng)，其中，可控 開關(guān)根據(jù)控制信號將發(fā)射脈沖傳送至天線以發(fā)射至目標(biāo)，或者傳送 至才交準(zhǔn)才莫塊(優(yōu)選地，已知延遲的延遲線)，而以脈沖發(fā)射阻抗失 配終止。因此，已知的脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)具有兩種工作模式，其中， 測量模式被校準(zhǔn)或診斷模式周期性中斷。在校準(zhǔn)和診斷模式中，測 量由延遲線給定的基準(zhǔn)距離的等同。對于校準(zhǔn)脈沖雷達(dá)，根據(jù)測量 的基準(zhǔn)計(jì)算校正量，并應(yīng)用于目標(biāo)測量結(jié)果。出于診斷的目的，相 對于可接受的范圍來檢查根據(jù)基準(zhǔn)測量的值。該開關(guān)的性能可以相 對于頻率范圍或噪聲給測量功能和校準(zhǔn)或診斷功能施加限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是克服這些缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過權(quán)利要求中限定的脈沖雷達(dá)測距系 統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
因此，本發(fā)明的主題是脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)，其包括
-發(fā)射脈沖發(fā)生器裝置，用于以發(fā)射時(shí)鐘頻率生成發(fā)射脈沖；
-采樣脈沖發(fā)生器裝置，用于以與發(fā)射時(shí)鐘頻率略有不同的采樣 時(shí)鐘頻率產(chǎn)生采樣脈沖；
-信號混合器，具有第一信號輸入端和第二信號輸入端，所述第 一信號輸入端連接至采樣脈沖發(fā)生器裝置；-定向耦合裝置，具有分別耦合至發(fā)射脈沖發(fā)生器裝置、耦合至
天線以及耦合至信號混合器的第二信號輸入端的多個(gè)端口 ； -信號處理裝置；
-定向耦合裝置設(shè)計(jì)為用于把將要通過天線發(fā)射的發(fā)射脈沖傳 送到目標(biāo)，以及用于將由天線所接收的目標(biāo)回波傳送到信號混合器
的第二信號輸入端；
-信號混合器設(shè)計(jì)為用于通過將回波脈沖與采樣脈沖混合而生 成中頻信號；以及
-所述信號處理裝置設(shè)計(jì)為用于評估所述中頻信號以確定目標(biāo) 距離，
其特征在于，
-所述定向耦合裝置具有四端口環(huán)行器，所述環(huán)行器具有設(shè)置在 連接到所述發(fā)射脈沖發(fā)生器上的端口和連接到所述天線的端口之 間的附力a端口 ，
畫基線連4妄到所述附加端口 ，所述基線響應(yīng)于輸入脈沖而生成參 考回波力永沖，
-所述四端口環(huán)行器設(shè)計(jì)為用于分離所述發(fā)射脈沖的一個(gè)部分 作為到所述基線的所述輸入脈沖，以及用于將所述參考回波脈沖傳 送到所述天線，以及
所述信號處理裝置進(jìn)一 步設(shè)計(jì)為用于確定由所述發(fā)射脈沖生
間的參考距離本發(fā)明優(yōu)選地利用了實(shí)時(shí)環(huán)行器的不足，諸如干擾和泄漏，以 將標(biāo)準(zhǔn)測來那個(gè)置入到目標(biāo)測量中。此外，不需要附加的開關(guān)來在 天線和基線直接切換。


現(xiàn)在參考優(yōu)選的實(shí)施例以及附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。圖中示
出
圖1是根據(jù)本發(fā)明的脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)的框圖，以及
圖2是在脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)中的傳輸信號和回波信號的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1,圖1示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的脈沖雷達(dá)測 距系統(tǒng)的基本部件。在微控制器2的控制之下的時(shí)基控制電路1包 括發(fā)射時(shí)鐘發(fā)生器3,該發(fā)射時(shí)鐘發(fā)生器3用于在MHz范圍內(nèi)以發(fā) 射時(shí)鐘頻率汀x產(chǎn)生發(fā)射時(shí)鐘CLKTx。發(fā)射時(shí)鐘CLKTx觸發(fā)發(fā)射 振蕩器4用于產(chǎn)生具有與發(fā)射時(shí)鐘頻率fpx相等的脈沖重復(fù)頻率的 微波發(fā)射脈沖TX。發(fā)射脈沖TX可以具有l(wèi)ns的持續(xù)以及在GHz 范圍內(nèi)的頻率。發(fā)射時(shí)鐘發(fā)生器3和發(fā)射振蕩器4 一起構(gòu)成發(fā)射脈 沖發(fā)生器5，該發(fā)射脈沖發(fā)生器5耦合至形式為四端口環(huán)行器6的 定向耦合裝置的第一端口 6a。環(huán)行器6的第二端口 6b耦合至基線 7,該基線7可以是任何信號延遲和反射裝置，例如已知延遲的延 遲線，并以脈沖發(fā)射阻抗失配終止。環(huán)4于器6的第三端口 6c連接 至天線8。發(fā)射^^沖TX通過環(huán)4于器6和連4妻至環(huán)4于器6的第三端口 6c 的天線8發(fā)射至目標(biāo)9，例如容器的填充材料的表面。目標(biāo)9把發(fā) 射脈沖TX以回波脈沖RX反射回來，天線84妄收該回波脈沖RX。 被接收的回波脈沖RX被導(dǎo)向經(jīng)過環(huán)行器6經(jīng)由第四端口 6d至信 號混合器10的兩個(gè)信號輸入10a、 10b中的第二個(gè)10b。時(shí)基控制 電路1還包括采樣時(shí)鐘發(fā)生器11用于在釆樣時(shí)鐘頻率fs時(shí)產(chǎn)生采 樣時(shí)鐘CLKs，該采樣時(shí)鐘頻率fs稍低于(例如若干kHz)發(fā)射時(shí) 鐘頻率fTX。采樣時(shí)鐘CLKs觸發(fā)本地振蕩器12用于產(chǎn)生與發(fā)射脈 沖TX形狀和頻率相同的采樣力永沖S，該采樣3永沖S還具有與采樣 時(shí)鐘頻率fs相等的脈沖重復(fù)頻率。采樣脈沖S被傳導(dǎo)至信號混合器 10的第一信號輸入10a,該信號混合器10通過把接收到的回波脈 沖RX乘以采樣力永沖S而產(chǎn)生即時(shí)頻率信號IF。由于采樣3永沖s的 脈沖重復(fù)頻率稍低于發(fā)射脈沖TX的脈沖重復(fù)頻率，采樣脈沖S將 在每個(gè)測量周期中在發(fā)射或回波脈沖間隔中少量增加，從而接收到 的回波脈沖RX通過于采樣脈沖S互相關(guān)而被采樣。該互相關(guān)和隨 后通過IF放大器14進(jìn)行的積分和放大產(chǎn)生了信號SRX，該信號及 時(shí)并對應(yīng)于接收到的回波脈沖RX的形狀而擴(kuò)展。該信號SRX還在 微處理器2中被處理以確定發(fā)射脈沖TX到目標(biāo)9的運(yùn)行時(shí)間，并 因此確定來自天線8的目標(biāo)9的距離d。
環(huán)行器6 4巴發(fā)射脈沖TX分開，從而其一部分TX'通過第二端 口6b在基線7中傳播，且另一部分TX〃泄漏至另一端口 6c，該端 口與天線8連接。發(fā)射脈沖部分TX'穿過基線7,被反射并作為參 考回波脈沖RX'出現(xiàn)在環(huán)行器6的端口 6b，該發(fā)射脈沖部分TX'從 端口 6b傳4番至在端口 6c的天線8。因此，泄漏發(fā)射月永沖部分TX〃 和參考回波脈沖RX'都被發(fā)射到目標(biāo)9并被返回接收(和信號RX 一起)。圖2示出了傳輸信號和回波信號的時(shí)序圖。更詳細(xì)的是，圖2 示出了時(shí)間延長信號的包絡(luò)SRX。當(dāng)發(fā)射脈沖部分TX'和參考回波 脈沖RX'從環(huán)行器6泄漏至混合器10時(shí)，它們呈現(xiàn)在信號SRX以 及來自目標(biāo)9的回波RX中。發(fā)射脈沖部分TX'和參考回波脈沖RX' 從天線8發(fā)出，該天線具有固定延遲對應(yīng)于4又僅取決于基線7的參 考距離dref。合并的測量信號RX是可變的并且依賴于到達(dá)目標(biāo)9 的距離，其中合并的信號包括由發(fā)射脈沖TX〃生成的目標(biāo)回波RTX〃 和由參考回波月永沖RX'生成的目標(biāo)回波RRX'。圖2示出用于兩個(gè)不 同的距離d,和d2。參考距離dref被植入到接收到的測量信號RX中 并總是恒定的，因此可以與3巨離測量一同來才丸4亍才交準(zhǔn)和it斷。
權(quán)利要求
1.一種脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)，具有-發(fā)射脈沖發(fā)生器裝置(5)，用于以發(fā)射時(shí)鐘頻率生成發(fā)射脈沖(TX)；-采樣脈沖發(fā)生器裝置(13)，用于以采樣時(shí)鐘頻率生成采樣脈沖(S)，所述采樣時(shí)鐘頻率與所述發(fā)射時(shí)鐘頻率略有不同；-信號混合器(10)，具有第一信號輸入端(10a)和第二信號輸入端(10b)，所述第一信號輸入端(10a)連接到所述采樣脈沖發(fā)生器裝置(13)上；-定向耦合裝置(6)，具有端口(6a，6c，6d)，所述這些端口分別連接到所述發(fā)射脈沖發(fā)生器裝置(5)上、天線(8)上和所述信號混合器(10)的所述第二信號輸入端(10a)上；-信號處理裝置(14，2)；-所述定向耦合裝置(6)設(shè)計(jì)為用于把將要通過所述天線(8)發(fā)射的發(fā)射脈沖(TX)傳送到目標(biāo)(9)，以及用于將由所述天線(8)所接收的目標(biāo)回波(RX)傳送到所述信號混合器(10)的所述第二信號輸入端(10b)；-所述信號混合器(10)設(shè)計(jì)為用于通過將所述回波脈沖(RX)與所述采樣脈沖(S)混合而生成中頻信號(IF)；以及-所述信號處理裝置(14，2)設(shè)計(jì)為用于評估所述中頻信號(IF)以確定目標(biāo)距離(d)，其特征在于，-所述定向耦合裝置(6)具有四端口環(huán)行器，所述環(huán)行器具有設(shè)置在連接到所述發(fā)射脈沖發(fā)生器(5)上的端口(6a)和連接到所述天線(8)的端口(6c)之間的附加端口(6d)，-基線(7)連接到所述附加端口(6d)，所述基線(7)響應(yīng)于輸入脈沖而生成參考回波脈沖(RX′)，-所述四端口環(huán)行器(6)設(shè)計(jì)為用于分離所述發(fā)射脈沖(TX)的一個(gè)部分(TX′)作為到所述基線(7)的所述輸入脈沖，以及用于將所述參考回波脈沖(RX′)傳送到所述天線(8)，以及所述信號處理裝置(14，2)進(jìn)一步設(shè)計(jì)為用于確定由所述發(fā)射脈沖(TX″)生成的所述目標(biāo)回波(RTX″)與由所述參考回波脈沖(RX′)生成的所述目標(biāo)回波(RTX′)之間的參考距離(dref)。
全文摘要
在脈沖雷達(dá)測距系統(tǒng)中，定向耦合裝置被設(shè)計(jì)用于將通過天線(8)發(fā)射的發(fā)射脈沖(TX)傳送至目標(biāo)(9)以及用于將通過天線(8)接收的目標(biāo)反射信號(RX)傳送至信號混合器(10)，該信號混合器生成中頻信號。為了在目標(biāo)測量中植入標(biāo)準(zhǔn)測量，該定向耦合裝置(6)包括四端口環(huán)行器，該環(huán)行器具有設(shè)置在用于接收發(fā)射脈沖(TX)的端口(6a)和耦合連接至天線(8)的端口(6c)之間的附加端口(6b)?；€(7)連接至所述附加端口(6b)，用于生成相應(yīng)輸入脈沖的參考回波脈沖(RX′)。環(huán)行器(6)被設(shè)計(jì)用于分離發(fā)射脈沖(TX)的一部分(TX′)至基線(7)并將參考回波脈沖(RX′)傳送至天線(8)。
文檔編號G01S13/10GK101639534SQ20091016495
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者喬治·布爾恰 申請人:西門子妙聲力過程儀表公司