本發(fā)明涉及利用微波進行距離、速度測量的測量技術，具體涉及微波測量裝置、系統(tǒng)及方法。

背景技術：

距離和/或速度測量技術是一項基礎測量技術，相比圖像測距測速、超聲波測距測速等其他距離測量技術，具有全天時、全天候、遠距離的優(yōu)點，被廣泛應用于各種距離和/或速度監(jiān)測的應用場景中。

在實際應用中，微波距離或速度測量技術會受到多徑效應的影響，導致使用受限。多徑效應是指電磁波經(jīng)不同路徑傳播后，各分量場到達接收端時間不同，按各自相位相互疊加而造成干涉。在微波測量領域，復雜環(huán)境中多徑效應會導致測量結果不準、測量信號無法正常接收等情況。

在現(xiàn)有的微波測距技術中，如中國專利《一種距離測量系統(tǒng)及其測量方法及實際距離測量方法》(公開號:cn105277935a)公開的微波測距系統(tǒng)采用了詢問機和應答機的形式，通過測量詢問機發(fā)射的連續(xù)波信號與應答機之間的傳播時延所引入的相位差來進行測距，在電梯井、礦井、交通隧道等封閉的電磁傳播環(huán)境中，不同傳播路徑形成的多徑的信號非常復雜，相互間的干涉會對系統(tǒng)的正常測量功能造成嚴重的影響，使得這種技術無法得到應用。

又如中國專利《遠距離微位移測量系統(tǒng)》(公開號:cn103245315a)公開的一種微波測距系統(tǒng)，通過比較相干有源反射器反射信號和發(fā)射信號波形間的相位差測得系統(tǒng)與被測物體的相對位移，采用的是單頻連續(xù)波的形式，也同樣無法消除多徑效應帶來的影響，使用場景也被限制在了開闊的環(huán)境中。

為消除多徑效應的影響，微波測距系統(tǒng)多采用調頻連續(xù)波信號或超寬帶信號來應對復雜環(huán)境中的測量。但現(xiàn)有的微波距離或速度測量系統(tǒng)均仍無法有效地解決在電梯井、礦井、交通隧道等封閉的電磁傳播環(huán)境下進行距離和/或速度測量時的多徑效應的影響問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種微波測量系統(tǒng)，解決封閉的電磁傳播環(huán)境下距離和/或速度測量的問題。本發(fā)明的系統(tǒng)具有抗多徑的能力，能夠在電梯井、礦井、交通隧道等封閉的電磁傳播環(huán)境中實現(xiàn)對運動車輛目標的距離和/或速度測量。本發(fā)明還提供了對應的測量裝置和測量方法。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

微波測量裝置包括信號發(fā)射部分、信號接收部分、數(shù)字信號處理器和控制器；其中：

信號發(fā)射部分，用于產(chǎn)生n路發(fā)射信號，并將n路發(fā)射信號功率合成為一路信號后發(fā)射；n為不小于2的正整數(shù)，n路發(fā)射信號的頻率各不相同；

信號接收部分，用于接收與微波測量裝置相配合的從裝置轉發(fā)的射頻信號，并將接收的射頻信號分為n路后分別處理為n路數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)字信號處理器；

所述數(shù)字信號處理器根據(jù)信號接收部分處理后的n路數(shù)字信號計算測量目標的距離和/或速度；

控制器，用于對信號發(fā)射部分和信號接收部分進行控制。

本技術方案中，微波測量裝置作為測量時的主裝置，與一個從裝置配對完成距離和/或速度的測量，主裝置采用至少2路發(fā)射信號，這些發(fā)射信號的載波頻率不同，在電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境中，當一路已調載波信號從主裝置到從裝置的傳播過程中受多徑效應影響較大時，其他路已調載波信號則受多徑效應影響較小，從裝置轉發(fā)至主裝置的過程也類似，具有較好的抗反射多徑性能。

在電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播場景中，微波距離或速度測量系統(tǒng)在電磁波往返的過程中，信號接收部分除了接收信號發(fā)射部分的直達信號外，還會接收到多種其他路徑傳播回來的信號，這些多徑信號可分為兩類：第一類為一次多徑，這類信號只經(jīng)歷了一次反射；第二類為多次多徑，這類信號則經(jīng)歷了二次以上的反射。一次多徑又分為三種：第一種是發(fā)射多徑信號，它是發(fā)射信號經(jīng)井壁或巷壁一次反射回接收天線的信號；第二種是雜波直達信號，它是指轉發(fā)裝置的被測載體直接散射回主裝置接收天線的雜波信號；第三種是雜波反射信號，它是指被測載體散射信號再經(jīng)井壁或巷壁一次反射回主裝置接收天線的信號。第二種和第三種信號也統(tǒng)一稱為雜波多徑信號。由于電梯轎廂、機車頭等被測載體都是復雜的金屬結構，因此由其散射信號形成的雜波多徑信號非常復雜，強度也大，這些多徑信號一是會對微波距離或速度測量系統(tǒng)主裝置的接收信號造成多徑衰落，二是不同位置的散射點形成的雜波多徑信號與轉發(fā)信號在距離上的差別很小，將使得系統(tǒng)難以分辨，從而嚴重影響到系統(tǒng)的測量精度。為了解決這個問題，發(fā)明人還對本申請進行了進一步改進：所述信號發(fā)射部分還包括第一天線，所述信號接收部分還包括第二天線，所述第一天線與第二天線的極化正交。本技術方案中，主裝置和從裝置需要配套，兩者的收發(fā)天線采用正交的極化特性，雜波多徑信號是由第一天線發(fā)射的信號經(jīng)被測載體散射后形成的，因此其極化主要與第一天線相同，與第二天線正交，因此系統(tǒng)對電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境中的雜波多徑信號具有良好的抑制性能。

優(yōu)選的，n的值為3。主裝置采用3路發(fā)射信號，這些發(fā)射信號的載波頻率不同，且頻率間隔較大，在電梯井、礦井、交通隧道等封閉的電磁傳播環(huán)境中，當一路已調載波信號受多徑效應影響較大時，其他路已調載波信號則受多徑效應影響較小，這樣，在信號從主裝置傳輸至從裝置再傳回主裝置的過程中至少能保證一路信號受多徑干擾較小，能被主裝置接收到，因而具有良好的抗多徑性能。

作為本發(fā)明的進一步改進，信號發(fā)射部分包括波形產(chǎn)生器、頻率綜合器、n個混頻器a、功率合成器和n個發(fā)送信號預處理單元；其中：

波形產(chǎn)生器，耦接至控制器，用于產(chǎn)生n路相同的調頻信號并將n路調頻信號分別輸出給n個混頻器a；

頻率綜合器，耦接至控制器，用于產(chǎn)生n路不同頻率的本振信號并將n路本振信號分別輸出給n個混頻器a；n路本振信號分別進入n個混頻器a中與調頻信號混頻形成n路發(fā)射信號；

所述n個混頻器a與n個發(fā)送信號預處理單元一一對應耦接，n路發(fā)射信號分別輸出給n個發(fā)送信號預處理單元；

發(fā)送信號預處理單元，用于對發(fā)射信號進行濾波、放大處理后發(fā)送給功率合成器；

功率合成器將n個發(fā)送信號預處理單元輸出的n路發(fā)射信號合成為一路射頻信號后用于發(fā)射。

所述信號預處理單元包括依次耦接的帶通濾波器a、功率放大器a和第一信號分配裝置；發(fā)射信號依次經(jīng)過帶通濾波器a濾波、功率放大器a放大后經(jīng)第一信號分配裝置輸出給功率合成器和接收部分。

作為本發(fā)明的又一改進，所述信號接收部分包括放大器e、第二信號分配裝置和n個接收信號預處理單元，接收的射頻信號經(jīng)放大器e放大后輸出給第二信號分配裝置，所述第二信號分配裝置將射頻信號分為n路后分別發(fā)送給n個接收信號預處理單元；n個接收信號預處理單元對接收信號進行混頻、濾波、放大和模數(shù)轉換后發(fā)送給數(shù)字信號處理器。

所述接收信號預處理單元包括依次耦接的混頻器b、低通濾波器、放大器b和模數(shù)轉換器，其中：混頻器b均還與發(fā)射部分相連，接入發(fā)射信號，該發(fā)射信號與第二信號分配裝置輸出的信號在混頻器b混頻后輸出；混頻器b輸出的信號依次經(jīng)低通濾波器濾波、放大器b放大、模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號后輸出給數(shù)字信號處理器。

優(yōu)選的，所述n路發(fā)射信號中，相鄰兩路發(fā)射信號的頻率間隔不小于該兩路信號中頻率值較小的發(fā)射信號的頻率的20％，這樣可以保證信號多徑衰減后能達到理想情況的60％，頻率間隔越大，衰減后信號的強度越強；減小頻率間隔，衰減后信號的幅度就會小于60％，對信號的信噪比要求更高。

微波測量系統(tǒng)，包括主裝置和從裝置，主裝置采用上述技術方案中任一種的主裝置；所述從裝置接收主裝置的發(fā)射信號，包括用于接收發(fā)射信號的第三天線和用于發(fā)射轉發(fā)信號的第四天線，第三天線與第一天線的極化方式一致，第四天線與第二天線的極化一致，用于將主裝置的發(fā)射信號進行同頻轉發(fā)。

本技術方案中，系統(tǒng)的主裝置采用至少2路發(fā)射信號，這些發(fā)射信號的載波頻率不同，在電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境中，當一路已調載波信號受多徑效應影響較大時，其他路已調載波信號則受多徑效應影響較小，從裝置轉發(fā)至主裝置的過程也類似，具有較好的抗反射多徑性能；尤其是當主裝置采用至少3路發(fā)射信號時就可以至少保證一路信號在往返傳播過程中受到多徑信號的影響較小，使得系統(tǒng)具有良好的抗發(fā)射多徑性能。

所述的微波測量系統(tǒng)測量距離和速度采用的是調頻連續(xù)波信號，這種信號可以通過調頻帶寬的選擇來調整系統(tǒng)的距離分辨力，使得系統(tǒng)能夠利用一次多徑和多次多徑在距離上的差別有效地區(qū)分出一次多徑信號和多次多徑信號，從而消除多次多徑信號對系統(tǒng)距離和速度測量性能的影響。

進一步，所述從裝置還包括與第三天線耦接的放大器c、與放大器c耦接的帶通濾波器c以及與帶通濾波器c耦接的功率放大器e，功率放大器c與第四天線耦接。

微波測量方法，采用上述技術方案中的任一種微波測量系統(tǒng)進行測量，包括以下步驟：

s1、主裝置產(chǎn)生n路發(fā)射信號，并將n路發(fā)射信號功率合成為一路信號后發(fā)射；相鄰兩路發(fā)射信號的頻率間隔不小于該兩路信號中頻率值較小的發(fā)射信號的頻率的20％；

s2、從裝置接收發(fā)射信號，并對發(fā)射信號進行同頻轉發(fā)；

s3、主裝置的接收部分接收從裝置轉發(fā)的射頻信號并對射頻信號進行處理后發(fā)送給數(shù)字信號處理器；

s4、主裝置的數(shù)字信號處理器根據(jù)接收部分處理后的信號計算測量目標的距離和/或速度。

進一步，步驟s1中，主裝置還將所述n路發(fā)射信號發(fā)送給接收部分；步驟s3中，主裝置的接收部分還將接收的射頻信號分成n路，n路信號各與一路發(fā)射信號混頻，混頻后的信號各自進行低通濾波、放大并轉換成初始數(shù)字信號sb1(n)、sb2(n)、…、sbn(n)并發(fā)送給數(shù)字信號處理器；步驟s4具體包括以下步驟：

s41：將n路初始數(shù)字信號sb1(n)、sb2(n)、sb3(n)、…、sbn(n)別按正斜率段和負斜率段拆分，并通過補零使其數(shù)據(jù)長度增加為2^m，得到2n路數(shù)字信號sb1+(n)、sb1-(n)、sb2+(n)、sb2-(n)、…、sbn+(n)、sbn-(n)，m為使得2^m等于或大于數(shù)據(jù)長度的正整數(shù)；

s42：對步驟s41中得到的2n路數(shù)字信號作長度為2^m點的快速傅里葉變換，得到2n個序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)，并計算出2n個序列的峰值sb1+max、sb1-max、sb2+max、sb2-max、…、sbn+max和sbn-max；

s43：對2n個序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)分別進行cfar處理；

s44：判決2n個序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)是否有效；對于每一個序列，如果判決為有效，則該路信號對應的信號有效標志位置1；判決為無效，則該路信號對應的信號有效標志位置0，sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)對應的信號有效標志位依次為fb1+、fb1-、fb2+、fb2-、…、fbn+和fbn-；

s45：將每路初始數(shù)字信號對應的2個序列的信號有效標志位進行邏輯與運算，得到n路初始數(shù)字信號對應的有效標志位fb1、fb2、…、fbn；并將fb1、fb2、…、fbn進行邏輯或運算，得到拆分前的n路接收信號的總標志位fb；

s46：計算測量目標的距離和/或速度，具體包括以下步驟：

s461：判斷fb是否為1，是則跳轉到步驟s462，否則跳轉到步驟s463；

s462：選出有效標志位為1的初始數(shù)字信號，并比較這些初始數(shù)字信號經(jīng)拆分、變換后的各路信號的峰值，選取最大的峰值sbj+max對應的第j路信號sbj(n)用于解算距離r和速度v，1≦j≦n；

求解sbj+(k)的峰值sbj+max對應的k值kbj+max和sbj-(k)的峰值sbj-max對應的k值kbj-+max；sbj+(k)、sbj-(k)依次為sbj(n)按正斜率段和負斜率段拆分并經(jīng)傅里葉變化后的2個序列；

解算距離r和速度v：

r＝(kbj+max+kbj-+max)fstc/(2^m+4bs)(1)

v＝(kbj+max-kbj-+max)fsc/(2^m+2fj)(2)

上述公式中，c為光速，t為調頻信號的調頻周期；bs為波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的調頻信號的帶寬；fs為接收部分將接收的信號處理成數(shù)字信號的采樣率；fj為頻率第j路發(fā)射信號的頻率。

s463：拆分前的n路信號均無效，本次調頻的數(shù)字信號處理結束。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明中，主裝置和從裝置的收發(fā)天線采用正交的極化特性，第二天線對第一天線所引入的環(huán)境雜波有較強的抑制效果，因此系統(tǒng)對電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境有良好的雜波多徑抑制性能；

2、本發(fā)明中，主裝置采用至少2路發(fā)射信號，這些發(fā)射信號的載波頻率不同，封閉電磁傳播在電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境中，當一路載波信號的線性調頻信號受多徑效應影響較大時，其他路載波信號的線性調頻信號則受多徑效應影響較小，從裝置轉發(fā)至主裝置的過程也類似，具有較好的抗反射多徑性能；

3、主裝置的發(fā)射信號為3路時，3路頻率各不相同的調頻信號的疊加發(fā)射，在電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境中，當信號由主裝置發(fā)射到從裝置的過程中某路載波的線性調頻信號受多徑效應影響產(chǎn)生嚴重的衰落時，另兩路載波的線性調頻信號則受多徑效應影響較小，能夠被從裝置有效地轉發(fā)；當剩余的兩路信號由從裝置轉發(fā)到主裝置的過程中某路載波的線性調頻信號受多徑效應影響產(chǎn)生嚴重的衰落時，還剩一路載波的線性調頻信號則受多徑效應影響較小，能夠被主裝置有效地接收，因而本系統(tǒng)具有良好的抗反射多徑性能。

4、本發(fā)明的主裝置的發(fā)射信號多于3路時，可以進一步采用多于3路的調頻信號進行疊加，從而進一步增加系統(tǒng)冗余度，進一步提高系統(tǒng)的抗多徑性能。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1是主裝置的結構框圖；

圖2是從裝置的結構框圖；

圖3為封閉電磁環(huán)境下的信號多徑示意圖；

圖4為多徑情況下不同頻率的信號干涉效果圖；

圖5是數(shù)字信號處理器對信號處理流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

【實施例1】

本實施例中提供一種微波測量裝置、系統(tǒng)和方法，其中微波測量裝置包括信號發(fā)射部分、信號接收部分、數(shù)字信號處理器和控制器；其中：

信號發(fā)射部分，用于產(chǎn)生n路發(fā)射信號，并將n路發(fā)射信號功率合成為一路信號后發(fā)射；n為不小于2的正整數(shù)，n路發(fā)射信號的頻率各不相同，相鄰兩路發(fā)射信號的頻率間隔不小于該兩路信號中頻率值較小的發(fā)射信號的頻率的20％；前述相鄰兩路發(fā)射信號是指根據(jù)信號頻率大小排序處于相鄰的兩路信號，也即頻率最接近的兩路信號。

信號接收部分，用于接收與微波測量裝置相配合的從裝置轉發(fā)的射頻信號，并將接收的射頻信號分為n路后分別處理為n路數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)字信號處理器；

所述數(shù)字信號處理器根據(jù)信號接收部分處理后的n路數(shù)字信號計算測量目標的距離和/或速度；

控制器，用于對信號發(fā)射部分和信號接收部分進行控制。

所述信號發(fā)射部分包括波形產(chǎn)生器、頻率綜合器、n個混頻器a、功率合成器、第一天線和n個發(fā)送信號預處理單元；其中：

波形產(chǎn)生器，耦接至控制器，用于產(chǎn)生n路相同的調頻信號并將n路調頻信號分別輸出給n個混頻器a；

頻率綜合器，耦接至控制器，用于產(chǎn)生n路不同頻率的本振信號并將n路本振信號分別輸出給n個混頻器a；n路本振信號分別進入n個混頻器a中與調頻信號混頻形成n路發(fā)射信號；前述的分別輸出是指一路信號輸出給一個混頻器a；前述的分別進入是指一路信號進入一個混頻器a；

所述n個混頻器a與n個發(fā)送信號預處理單元一一對應耦接，n路發(fā)射信號分別輸出給n個發(fā)送信號預處理單元；前述的分別輸出是指一路信號輸出給一個發(fā)送信號預處理單元；

發(fā)送信號預處理單元，用于對發(fā)射信號進行濾波、放大處理后發(fā)送給功率合成器；

功率合成器將n個發(fā)送信號預處理單元輸出的n路發(fā)射信號合成為一路射頻信號后通過第一天線發(fā)射。

所述信號預處理單元包括依次耦接的帶通濾波器a、功率放大器a和第一信號分配裝置；發(fā)射信號依次經(jīng)過帶通濾波器a濾波、功率放大器a放大后經(jīng)第一信號分配裝置輸出給功率合成器和接收部分。

所述信號接收部分包括第二天線，放大器e、第二信號分配裝置和n個接收信號預處理單元，第二天線接收的射頻信號經(jīng)放大器e放大后輸出給第二信號分配裝置，所述第二信號分配裝置將射頻信號分為n路后分別發(fā)送給n個接收信號預處理單元；n個接收信號預處理單元對接收信號進行混頻、濾波、放大和模數(shù)轉換后發(fā)送給數(shù)字信號處理器。前述的分別發(fā)送是指一路信號發(fā)送給1個接收信號預處理單元。

所述接收信號預處理單元包括依次耦接的混頻器b、低通濾波器、放大器b和模數(shù)轉換器，其中：混頻器b均還與發(fā)射部分相連，接入發(fā)射信號，該發(fā)射信號與第二信號分配裝置輸出的信號在混頻器b混頻后輸出；混頻器b輸出的信號依次經(jīng)低通濾波器濾波、放大器b放大、模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號后輸出給數(shù)字信號處理器。

本發(fā)明中，主裝置采用至少2路發(fā)射信號，這些發(fā)射信號的載波頻率不同，封閉電磁傳播在電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境中，當一路載波信號的線性調頻信號受多徑效應影響較大時，其他路載波信號的線性調頻信號則受多徑效應影響較小，從裝置轉發(fā)至主裝置的過程也類似，具有較好的抗反射多徑性能；

本實施例中，第一天線與第二天線的極化正交，第一信號分配裝置和第二信號分配裝置可采用功率分配器或者耦合器進行信號分配，放大器e采用低噪聲放大器。

微波測量系統(tǒng)包括主裝置和從裝置，主裝置采用本實施例中的微波測量裝置；所述從裝置接收主裝置的發(fā)射信號，并將該發(fā)射信號進行同頻轉發(fā)，從裝置包括用于發(fā)射信號的第三天線、用于接收信號的第四天線、與第三天線耦接的放大器c、與放大器c耦接的帶通濾波器c以及與帶通濾波器c耦接的功率放大器c，功率放大器c與第四天線耦接。第一天線與第二天線的極化正交；第三天線和第四天線的極化正交；第三天線與第一天線的極化方式一致，第四天線與第二天線的極化方式一致。

微波測量方法，采用本實施例中的微波測量系統(tǒng)進行測量，該方法包括以下步驟：

s1、主裝置產(chǎn)生n路發(fā)射信號，并將n路發(fā)射信號功率合成為一路信號后發(fā)射以及將所述n路發(fā)射信號發(fā)送給接收部分；相鄰兩路發(fā)射信號的頻率間隔不小于該兩路信號中頻率值較小的發(fā)射信號的頻率的20％；

s2、從裝置接收發(fā)射信號，并對發(fā)射信號進行同頻轉發(fā)；

s3、主裝置的接收部分接收從裝置轉發(fā)的射頻信號還將接收的射頻信號分成n路，n路信號各與一路發(fā)射信號混頻，混頻后的信號各自進行低通濾波、放大并轉換成初始數(shù)字信號sb1(n)、sb2(n)、…、sbn(n)并發(fā)送給數(shù)字信號處理器；

s4、主裝置的數(shù)字信號處理器根據(jù)接收部分處理后的信號計算測量目標的距離和/或速度，步驟s4具體包括以下步驟：

s41：將n路初始數(shù)字信號sb1(n)、sb2(n)、sb3(n)、…、sbn(n)別按正斜率段和負斜率段拆分，并通過補零使其數(shù)據(jù)長度增加為2^m，得到2n路數(shù)字信號sb1+(n)、sb1-(n)、sb2+(n)、sb2-(n)、…、sbn+(n)、sbn-(n)，m為使得2^m等于或大于數(shù)據(jù)長度的正整數(shù)；數(shù)據(jù)長度為正斜率段或負斜率段的掃頻時間與采樣率的乘積，為本領域常用技術，本實施例中不再贅述。

s42：對步驟s41中得到的2n路數(shù)字信號作長度為2^m點的快速傅里葉變換，得到2n個序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)，并計算出2n個序列的峰值sb1+max、sb1-max、sb2+max、sb2-max、…、sbn+max和sbn-max；

s43：對2n個序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)分別進行cfar處理；

s44：判決2n個序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)是否有效；對于每一個序列，如果判決為有效，則該路信號對應的信號有效標志位置1；判決為無效，則該路信號對應的信號有效標志位置0，sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)對應的信號有效標志位依次為fb1+、fb1-、fb2+、fb2-、…、fbn+和fbn-；

s45：將每路初始數(shù)字信號對應的2個序列的信號有效標志位進行邏輯與運算，得到n路初始數(shù)字信號對應的有效標志位fb1、fb2、…、fbn；并將fb1、fb2、…、fbn進行邏輯或運算，得到拆分前的n路接收信號的總標志位fb；

s46：計算測量目標的距離和/或速度，具體包括以下步驟：

s461：判斷fb是否為1，是則跳轉到步驟s462，否則跳轉到步驟s463；

s462：根據(jù)fb1、fb2、…、fbn的取值，選出有效標志位值為1的初始數(shù)字信號，并比較這些有效初始數(shù)字信號經(jīng)步驟s41-s42拆分、變換后的各路信號的峰值，選取最大的峰值sbj+max對應的第j路信號sbj(n)用于解算距離r和速度v，1≦j≦n；

求解sbj+(k)的峰值sbj+max對應的k值kbj+max和sbj-(k)的峰值sbj-max對應的k值kbj-+max；sbj+(k)、sbj-(k)依次為sbj(n)按正斜率段和負斜率段拆分并經(jīng)傅里葉變化后的2個序列；

解算距離r和速度v：

r＝(kbj+max+kbj-+max)fstc/(2^m+4bs)(1)

v＝(kbj+max-kbj-+max)fsc/(2^m+2fj)(2)

上述公式中，c為光速，t為調頻信號的調頻周期；bs為波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的調頻信號的帶寬；fs為接收部分將接收的信號處理成數(shù)字信號的采樣率；fj為第j路發(fā)射信號的頻率。

s463：拆分前的n路信號均無效，本次調頻的數(shù)字信號處理結束。

【實施例2】

本實施例中提供一種n取值為3的微波測量裝置。如圖1所示，微波測量裝置包括信號發(fā)射部分、信號接收部分、數(shù)字信號處理器和控制器。

信號發(fā)射部分的主要作用就是產(chǎn)生3路發(fā)射信號，并將3路發(fā)射信號功率合成為一路信號后發(fā)射。信號發(fā)射部分包括：波形產(chǎn)生器、頻率綜合器、混頻器a1、混頻器a2、混頻器a3、帶通濾波器a1、帶通濾波器a2、帶通濾波器a3、功率放大器a1、功率放大器a2、功率放大器a3、定向耦合器a1、定向耦合器a2、定向耦合器a3、功率合成器和第一天線，其中第一天線的極化方式為x極化，本實施例中，x極化為水平極化。

帶通濾波器a1、功率放大器a1和定向耦合器a1構成第一個發(fā)送信號預處理單元；帶通濾波器a2、功率放大器a2和定向耦合器a2構成第二個發(fā)送信號預處理單元；帶通濾波器a3、功率放大器a3和定向耦合器a3構成第三個發(fā)送信號預處理單元。

波形產(chǎn)生器耦接至控制器，產(chǎn)生3路相同的調頻信號s0(t)，本實施例中調頻信號為對稱三角波調制的調頻連續(xù)波信號，其帶寬為bs，調頻周期為t，中心頻率為f0，其輸出分為3路，第一路耦接至混頻器a1、第二路耦接至混頻器a2、第三路耦接至混頻器a3。頻率綜合器耦接至控制器以及混頻器a1、混頻器a2、混頻器a3，產(chǎn)生3路不同頻率的本振信號s11(t)、s12(t)和s13(t)，s11(t)、s12(t)和s13(t)的頻率依次為f10、f20、f30，依次輸出給混頻器a1、混頻器a2、混頻器a3，混頻器a1將調頻信號s0(t)與本振信號s11(t)混頻形成頻率為f1的發(fā)射信號s21(t)輸出給帶通濾波器a1，f1＝f0+f10；混頻器a2將調頻信號s0(t)與本振信號s12(t)混頻形成頻率為f2的發(fā)射信號s22(t)輸出給帶通濾波器a2，f2＝f0+f20；混頻器a3將調頻信號s0(t)與本振信號s13(t)混頻形成頻率為f3的發(fā)射信號s23(t)輸出給帶通濾波器a3，f3＝f0+f30。選擇f10、f20和f30，使得f10<f20<f30，且使得f1與f2的間隔不小于f1的20％即f2-f1≧0.2*f1，f2與f3的間隔不小于f2的20％即f3-f2≧0.2*f2；其中，頻率綜合器產(chǎn)生的本振信號s11(t)、s12(t)和s13(t)為3路正弦信號。

第一路發(fā)射信號s21(t)依次經(jīng)過帶通濾波器a1濾波、功率放大器a1放大、定向耦合器a1耦合后輸出給功率合成器和接收部分；第二路發(fā)射信號s22(t)依次經(jīng)過帶通濾波器a2濾波、功率放大器a2放大、定向耦合器a2耦合后輸出給功率合成器和接收部分；第三路發(fā)射信號s23(t)依次經(jīng)過帶通濾波器a3濾波、功率放大器a3放大、定向耦合器a3耦合后輸出給功率合成器和接收部分；功率合成器的輸入端與定向耦合器a1、定向耦合器a2和定向耦合器a3耦接，輸出耦接至第一天線，將定向耦合器a1、定向耦合器a2和定向耦合器a3輸出的3路發(fā)射信號合成為一路射頻信號后由第一天線發(fā)射。

信號接收部分主要用于通過第二天線接收位于測量目標上的從裝置轉發(fā)的射頻信號，并將接收的射頻信號分為3路后分別進行處理，處理后的3路信號發(fā)送給數(shù)字信號處理器，具體地，信號接收部分包括第二天線、低噪聲放大器e、功分器、混頻器b1、混頻器b2、混頻器b3、低通濾波器b1、低通濾波器b2、低通濾波器b3、放大器b1、放大器b2、放大器b3、模數(shù)轉換器b1、模數(shù)轉換器b2和模數(shù)轉換器b3。其中，第二天線的極化方式為y極化，本實施例中y極化采用垂直極化，y極化與x極化正交。濾波器b1、放大器b1、模數(shù)轉換器b1構成第一路接收信號預處理單元；低通濾波器b2、放大器b2、模數(shù)轉換器b2構成第二路接收信號預處理單元；低通濾波器b3、放大器b3、模數(shù)轉換器b3構成第三路接收信號預處理單元。

第二天線耦接至低噪聲放大器e；低噪聲放大器e耦接至功分器；功分器的輸出端耦接至混頻器b1、混頻器b2和混頻器b2；混頻器b1的輸入端還與定向耦合器a1的輸出端耦合；混頻器b2的輸入端還與定向耦合器a2的輸出端耦合；混頻器b3的輸入端還與定向耦合器a3的輸出端耦合；

混頻器b1輸出耦接至低通濾波器b1；混頻器b2輸出耦接至低通濾波器b2；混頻器b3輸出耦接至低通濾波器b3。低通濾波器b1輸出耦接至放大器b1；低通濾波器b2輸出耦接至放大器b2；低通濾波器b3輸出耦接至放大器b3。放大器b1耦接至模數(shù)轉換器b1；放大器b2耦接至模數(shù)轉換器b2；放大器b3耦接至模數(shù)轉換器b3；模數(shù)轉換器b1、模數(shù)轉換器b2和模數(shù)轉換器b3均耦接至數(shù)字信號處理器。其工作原理是：第二天線接收從裝置轉發(fā)的射頻信號，接收到的射頻信號先經(jīng)低噪聲放大器e放大，再經(jīng)功分器分為3路s31(t)、s32(t)和s33(t)分別輸出給混頻器b1、混頻器b2和混頻器b3；定向耦合器a1、a2、a3還為混頻器b1、混頻器b2和混頻器b3各接入一路發(fā)射信號，即定向耦合器a1、定向耦合器a2和定向耦合器a3的另一路輸出信號分別作為混頻器b1、混頻器b2和混頻器b3的本振信號，這些本振信號一對一地與功分器輸出的3路信號與進行自差拍混頻，將接收的射頻信號(以下稱接收信號)分別差拍至基帶，即功分器輸出的3路信號分別在混頻器b1、混頻器b2和混頻器b3與對應的發(fā)射信號混頻；混頻器b1輸出的信號依次經(jīng)低通濾波器b1濾波、放大器b1放大、模數(shù)轉換器b1轉換為第一路數(shù)字信號后輸出給數(shù)字信號處理器；混頻器b2輸出的信號依次經(jīng)低通濾波器b2濾波、放大器b2放大、模數(shù)轉換器b2轉換為第二路數(shù)字信號后輸出給數(shù)字信號處理器；混頻器b3輸出的信號依次經(jīng)低通濾波器b3濾波、放大器b3放大、模數(shù)轉換器b3轉換為第三路數(shù)字信號后輸出給數(shù)字信號處理器。

數(shù)字信號處理器根據(jù)接收部分處理后的接收信號進行數(shù)字信號處理后解算得到測量目標的距離和/或速度信息。

數(shù)字信號處理器、信號發(fā)射部分的波形產(chǎn)生器與頻率綜合器分別耦接至控制器；控制器為整個收發(fā)系統(tǒng)提供時鐘并實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，尤其是實現(xiàn)對發(fā)射部分和信號接收部分進行控制。

本實施例中，微波測量裝置一般與一個收發(fā)天線極化正交的同頻轉發(fā)器配合使用，可應用于電梯井、礦井中、交通隧道中等封閉電磁傳播環(huán)境中，測量目標(即載體)可以為電梯轎廂、機車頭等，同頻轉發(fā)器位于測量目標上。測量裝置的收發(fā)天線采用正交的極化特性，第二天線對第一天線所引入的雜波多徑信號有較強的抑制效果，因此微波測量裝置與同頻轉發(fā)器構成的系統(tǒng)對電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境有良好的雜波多徑抑制性能；測量裝置的發(fā)射信號為3路載波分別為f1、f2和f3的信號的疊加，其中3路發(fā)射信號的頻率間具有較大的頻率間隔，相鄰兩路信號的間隔不小于較小頻率的20％。在電梯井、礦井、交通隧道等封閉電磁傳播環(huán)境中，對于主裝置發(fā)射到從裝置的過程，當其中一路載波的線性調頻信號受多徑效應影響較大時，另兩路載波的線性調頻信號則受多徑效應影響較小；同樣，對于從裝置轉發(fā)到主裝置的過程，在剩余的兩路信號中，當其中一路載波的線性調頻信號受多徑效應影響較大時，另一路載波的線性調頻信號則受多徑效應影響較小。這樣就能保障在測量信號往返傳播的過程中至少有一路信號受多徑效應的影響不大，可以被有效地接收，因而系統(tǒng)具有良好的抗發(fā)射多徑的性能。微波測量裝置采用了三角波調制的線性調頻連續(xù)波信號，能夠通過調頻帶寬的選擇獲得良好的距離分辨力，從而可以有效地分辨出轉發(fā)信號和多次多徑信號，使得系統(tǒng)具有良好的抗多次多徑的性能。

【實施例3】

本實施例提供一種微波測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主裝置和從裝置，本實施例中的主裝置采用實施例2中的微波測量裝置，從裝置采用一個同頻轉發(fā)器，本實施例中使用的同頻轉發(fā)器的結構如圖2所示。

從裝置包括第三天線、第四天線、低噪聲放大器c、帶通濾波器c以及功率放大器c。其中，第三天線與第一天線的極化方式一致，為x極化；其中第四天線的極化方式與第二天線相同，為y極化，第三天線與第四天線的極化正交；第一天線與第二天線的波束指向相同；第三天線與第四天線的波束指向相同，并且與第一天線和第二天線的指向相對。

本實施例中，從裝置通過第三天線接收主裝置的發(fā)射信號，該發(fā)射信號合成前的3路信號的帶寬均為bs，并將該發(fā)射信號通過第四天線進行同頻轉發(fā)，具體地：第三天線耦接至低噪聲放大器c；低噪聲放大器c耦接至帶通濾波器c，帶通濾波器c的中心頻率為(f1+f3)/2、帶寬為f3-f1+bs；帶通濾波器c耦接至功率放大器c，功率放大器c耦接至第四天線，第四天線為發(fā)射天線。從裝置通過第三天線接收由第一天線發(fā)射的射頻信號，經(jīng)低噪聲放大器c和帶通濾波器c和功率放大器c濾波、放大后，再由第四天線轉發(fā)。從第三天線到第四天線間的信號增益應小于第三天線與第四天線間的收發(fā)隔離度，以防止從裝置自激。上述從第三天線到第四天線間的信號增益大小通過控制低噪聲放大器c和功率放大器c的增益實現(xiàn)，即兩放大器db增益之和要小于第三天線和第四天線的收發(fā)隔離度的db值。

本實施例中微波測量系統(tǒng)的具體信號流程如下：

控制器控制主裝置的波形產(chǎn)生器產(chǎn)生3路相同的調頻連續(xù)波信號s0(t)，其帶寬為bs，調頻周期為t，中心頻率為f0；頻率綜合器產(chǎn)生頻率為f10、頻率為f20和頻率為f30的3路本振信號，分別與調頻連續(xù)波信號s0(t)混頻，得到3路頻譜被搬移至中心頻率為f1、f2和f3的3路射頻信號s21(t)、s22(t)和s23(t)。3路發(fā)射信號分別經(jīng)濾波、功率放大、耦合處理后發(fā)送給功率合成器，功率合成器將經(jīng)功率放大的發(fā)射信號s21(t)、s22(t)和s23(t)合成一路射頻信號st(t)并由第一天線以x極化輸出。

從裝置的第三天線采用x極化，以接收由主裝置第一天線發(fā)射并經(jīng)多徑信道傳播后的射頻信號，從裝置將接收的信號經(jīng)放大、濾波后，由第四天線以y極化轉發(fā)。由于第四天線和第三天線的極化正交，因此從裝置的收發(fā)隔離度比天線同極化時更高，在從裝置不自激的條件下可以使得第四天線輸出的信號功率更大，從而使得系統(tǒng)的測量距離更遠。

主裝置的第二天線采用y極化，以接收由從裝置第四天線發(fā)射并經(jīng)多徑信道傳播后的射頻信號。由于由第一天線所引起的環(huán)境雜波多徑信號的極化主要呈現(xiàn)為與主裝置發(fā)射信號極化相同的x極化，因此經(jīng)過采用y極化的第二天線后能夠得到很大的抑制，從而使得系統(tǒng)主裝置部分也具備很強的抗雜波多徑的能力。主裝置所接收的信號經(jīng)低噪聲放大器e放大后由功分器分為3路。3路信號分別與定向耦合器a1另一路輸出信號s21(t)、定向耦合器a2的另一路輸出信號s22(t)、定向耦合器a3的另一路輸出信號s23(t)作自差拍混頻以獲得3路含有從裝置距離與速度信息的基帶信號sb1(t)、sb2(t)和sb3(t)。模數(shù)轉換器b1、模數(shù)轉換器b2和模數(shù)轉換器b3將經(jīng)過濾波、放大的模擬信號sb1(t)、sb2(t)和sb3(t)按采樣率fs采樣后得到數(shù)字基帶信號sb1(n)、sb2(n)和sb3(n)輸出至數(shù)字信號處理器。

數(shù)字信號處理器對信號sb1(n)、sb2(n)和sb3(n)進行處理以解算出從裝置的距離與速度信息，并將解算出的距離與速度信息進行實時的輸出。在適當選取中心頻率f1、f2與f3的情況下，系統(tǒng)能保證在多徑傳播信道中，至少有一路信號不完全受多徑效應影響而無法接收。

采用本實施例中的微波測量方法包括以下步驟：

s1、主裝置產(chǎn)生3路發(fā)射信號，并將3路發(fā)射信號功率合成為一路信號后發(fā)射以及將所述3路發(fā)射信號發(fā)送給接收部分；相鄰兩路發(fā)射信號的頻率間隔不小于該兩路信號中頻率值較小的發(fā)射信號的頻率的20％；

s2、從裝置接收發(fā)射信號，并對發(fā)射信號進行同頻轉發(fā)；

s3、主裝置的接收部分接收從裝置轉發(fā)的射頻信號還將接收的射頻信號分成3路，3路信號各與一路發(fā)射信號混頻，混頻后的信號各自進行低通濾波、放大并轉換成初始數(shù)字信號sb1(n)、sb2(n)、sb3(n)并發(fā)送給數(shù)字信號處理器；

s4、主裝置的數(shù)字信號處理器根據(jù)接收部分處理后的信號計算測量目標的距離和/或速度。步驟s4即為數(shù)字信號處理器的信號處理方法。

如圖5所示，步驟s4具體包括以下步驟：

s41：將3路數(shù)字信號sb1(n)、sb2(n)和sb3(n)分別按正斜率段和負斜率段拆分，并通過補零使其數(shù)據(jù)長度從tfs/2增加為2^m，得到6路數(shù)字信號為sb1+(n)、sb1-(n)、sb2+(n)、sb2-(n)、sb3+(n)和sb3-(n)；sb1+(n)、sb1-(n)為sb1(n)按正斜率段和負斜率段拆分并補零后的數(shù)字信號，以此類推。m為使得2^m等于或大于數(shù)據(jù)長度的正整數(shù)；原始的數(shù)據(jù)長度為信號掃頻周期與采樣率之積，即：tfs/2。

s42：對sb1+(n)、sb1-(n)、sb2+(n)、sb2-(n)、sb3+(n)和sb3-(n)作長度為2^m點的快速傅里葉變換，得到對應的序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、sb3+(k)和sb3-(k)，并計算出六個序列對應的峰值sb1+max、sb1-max、sb2+max、sb2-max、sb3+max和sb3-max；

s43：對sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、sb3+(k)和sb3-(k)分別進行cfar處理；

s44：判決6路信號sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、sb3+(k)和sb3-(k)是否有效；對于每一路信號，如果判決為有效，則該路信號對應的信號有效標志位置1，判決為無效，則該路信號對應的信號有效標志位置0，sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、sb3+(k)和sb3-(k)對應的信號有效標志位分別為fb1+、fb1-、fb2+、fb2-、fb3+和fb3-；

s45：將信號sb1+(k)對應的fb1+與信號sb1-(k)對應的fb1-進行邏輯與運算，得到信號sb1(n)對應的有效標志位fb1；

將信號sb2+(k)對應的fb2+與信號sb2-(k)對應的fb2-進行邏輯與運算，得到信號sb2(n)對應的有效標志位fb2；

將信號sb3+(k)對應的fb3+與信號sb3-(k)對應的fb3-進行邏輯與運算，得到信號sb3(n)對應的有效標志位fb3；

將fb1、fb2與fb3進行邏輯或運算，得到拆分前的3路接收信號的總標志位fb；fb為1時表示拆分前的3路接收信號均有效；

s46：計算測量目標的距離和速度，具體包括以下步驟：

s461：判斷fb是否為1，是則跳轉到步驟s462，否則跳轉到步驟s463；

s462：選出有效標志位為1的初始數(shù)字信號，并比較這些有效初始數(shù)字信號經(jīng)拆分、變換后的各路信號的峰值選取峰值最大一路信號來解算距離和速度。以sb1+max最大為例，則選取序列sb1+(k)、sb1-(k)來解算距離和速度，首先求出sb1+(k)、sb1-(k)的峰值對應的k值kb1+max和kb1-+max，然后計算出被測點的距離r和速度v，計算公式如下：

r＝(kb1+max+kb1-+max)fstc/(2^m+4bs)(1)

v＝(kb1+max-kb1-+max)fsc/(2^m+2f1)(2)

上述公式中，c為光速，t為調頻信號的調頻周期；bs為波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的調頻信號的帶寬；fs為接收部分模數(shù)轉換器b1、模數(shù)轉換器b2和模數(shù)轉換器b3的采樣率，也即接收部分將接收的信號處理成數(shù)字信號的采樣率；f1為第一路信號的頻率；

s463：拆分前的3路信號均無效，本次調頻的數(shù)字信號處理結束。

以下代入具體數(shù)值對測量系統(tǒng)和測量方法進行進一步說明：

如圖1，主裝置的信號發(fā)射部分，首先由波形發(fā)生器在控制器的控制下產(chǎn)生對稱三角波調制的調頻連續(xù)波信號，三角波信號的周期為t＝10ms，調頻連續(xù)波信號的帶寬bs＝200mhz，中心頻率f0為800mhz；頻率綜合器由控制器預先設定參數(shù)，產(chǎn)生3路頻率為f10、f20和f30的本振信號。在本實施例中f1取8ghz，f2取10ghz，f3取12ghz，相應地f10取7.2ghz，f20取9.2ghz，f20取11.2ghz?；祛l器a、混頻器a2和混頻器a3分別將單頻本振信號與對應的調制信號混頻，將由波形發(fā)生器產(chǎn)生的調頻連續(xù)波信號的頻譜搬移到不同的3個中心頻率上去，最終再由功率合成器將3路信號合成為一路信號并由第一天線發(fā)射。

如圖2，從裝置的接收天線，即第三天線接收到由第一天線發(fā)射的測距信號后，經(jīng)低噪聲放大器c放大，帶通濾波器c濾波，由功率放大器c將信號再次放大后由第四天線將接收信號進行同頻轉發(fā)。由于第四天線與第三天線的極化方式正交，因此從裝置部分具有良好的收發(fā)隔離度，相互間干擾小，系統(tǒng)位移測量的距離遠。本實施例中第三天線和第四天線的收發(fā)隔離度為40db，從第三天線到第四天線間的信號增益控制為30db，以有效地防止從裝置自激。

圖1中第二天線為信號接收天線，其接收到第四天線的轉發(fā)信號經(jīng)低噪聲放大器e放大后由功分器分為3路，分別與定向耦合器a1、定向耦合器a2和定向耦合器a3耦合過來的發(fā)射信號通過混頻器b1、混頻器b2和混頻器b3作自差拍混頻，3路作自差拍混頻后的信號由低通濾波器b1、低通濾波器b2和低通濾波器b3按截止頻率10khz濾波后，得到含有從裝置的距離與運動速度信息的低頻信號。3路信號分別由模數(shù)轉換器b1、模數(shù)轉換器b2、模數(shù)轉換器b3按fs＝40khz的頻率采樣后得到的信號sb1(n)、sb2(n)和sb3(n)，每路信號正斜率段和斜率段的總數(shù)據(jù)長度為tfs＝400，由數(shù)字信號處理器進行信號處理、判決以及距離和/或速度的解算，其中傅里葉變換的點數(shù)取為2⁸＝256，即m的取值為8，大于正斜率段數(shù)據(jù)的實際長度200。由于第二天線與第一天線的極化方式正交，因此主裝置部分也具有良好的隔離度，相互間干擾小，抗雜波多徑能力強。

本發(fā)明可用于多徑效應嚴重的封閉電磁傳播環(huán)境中，如電梯井中對于電梯轎廂位置和速度的測量、礦井中對于礦車位置和速度的測量、交通隧道中車輛位置和速度的測量等。本實施例中就本發(fā)明的一種使用場景：電梯井中對于電梯位置的測量進一步說明本發(fā)明的有益效果。

電梯井是狹小的封閉環(huán)境，多徑效應嚴重，現(xiàn)有的微波測量裝置受嚴重的多徑效應和環(huán)境雜波的干擾無法正常測得電梯的運動信息，不能有效地對電梯的運行狀態(tài)進行獲取，所以現(xiàn)有的電梯控制系統(tǒng)中電梯位置一般都采取在每一層安裝平層感應器的方式獲得。在對電梯的運行狀態(tài)進行測量時，本系統(tǒng)的主裝置被固定在了電梯井的最高處，從裝置放置在電梯廂外部的正上方，安裝場景示意圖如圖3所示，主裝置的發(fā)射天線采用水平極化，表示為t(h)，接收天線采用垂直極化，表示為r(v)(圖3中括號內字母表示極化方式，h代表水平極化，v代表垂直極化)，相應地，從裝置的接收天線采用水平極化，表示為r(h)，發(fā)射天線采用垂直極化，表示為t(v)。主裝置發(fā)射信號直接到達從裝置的路徑表示為l1(h)，從裝置轉發(fā)信號直接到達主裝置的路徑表示為l2(v)；主裝置發(fā)射信號經(jīng)過井壁一次反射到達從裝置的路徑表示為l3(h)，從裝置轉發(fā)信號經(jīng)過井壁一次反射到達主裝置的路徑表示為l4(v)，經(jīng)過井壁兩次反射到達主裝置的路徑表示為l7(v)；主裝置發(fā)射信號到達電梯轎廂后散射信號直接到達從裝置的路徑表示為l5(h)，經(jīng)過井壁一次反射到達主裝置的路徑表示為l6(h)。由于主裝置發(fā)射天線為水平極化，因此發(fā)射信號電梯轎廂散射后直達的雜波多徑信號l5(h)和經(jīng)井壁反射后到達的雜波多徑信號l6(h)呈現(xiàn)為水平極化，能夠被垂直極化的主裝置接收天線很好地抑制。信號由主裝置發(fā)射到從裝置的過程中，同頻率的直達信號l1(h)和反射多徑信號l3(h)間會形成干涉；同樣，信號由從裝置發(fā)射到主裝置的過程中，同頻率的直達信號l2(v)和反射多徑信號l4(v)間也會形成干涉，因此系統(tǒng)必須采用不同頻率的信號來解決這一問題。對于多次多徑信號，如圖3中經(jīng)過兩次反射的信號路徑l7(v)，由于信號傳播橫跨了電梯井，因此比直達信號l2(v)在距離相差較大，系統(tǒng)采用調頻連續(xù)波信號獲得的距離分辨力能夠有效地將兩者區(qū)別開來，因此對系統(tǒng)的測量性能沒有影響。

在本實施例中采用對稱三角波調制的調頻連續(xù)波信號s0。常見的電力驅動電梯橋廂運行速度一般為0.5至6米/秒，為保證距離與速度分辨力，三角波信號的周期為t＝10ms，調頻連續(xù)波信號的帶寬bs＝200mhz，中心頻率f0為800mhz；頻率綜合器由控制器預先設定參數(shù)，產(chǎn)生3路頻率分別為f10＝7.2ghz、f20＝9.2ghz與f30＝11.2ghz的單頻信號s11(t)、s12(t)與s13(t)，混頻器a1、混頻器a2與混頻器a3分別將單頻信號s11(t)、s12(t)、s13(t)與調頻信號s0(t)混頻，再經(jīng)濾波、放大后得到3路中心頻率分別為f1＝8ghz、f2＝10ghz與f3＝12ghz的調頻連續(xù)波信號s21(t)、s22(t)與s23(t)。信號s21(t)、s22(t)與s23(t)由功率合成器合成為一路射頻信號st(t)，信號經(jīng)第一天線發(fā)射。該信號在封閉的電梯井中傳播時，將通過電梯井壁產(chǎn)生發(fā)射信號多徑，如圖3中的l1(h)和l3(h)，兩者間將形成干涉，不同頻率的信號干涉效果如圖4所示。假定電梯在某個位置時，l1(h)和l3(h)間的傳播距離差δl為頻率f2的信號對應的波長λ2的一半，即δl＝sl3(h)-sl1(h)＝λ2/2時，sl3(h)為信號l3(h)的傳播距離，sl1(h)為信號l1(h)的傳播距離，按全反射計算，即兩路徑信號的強度相同，記為a，則對于頻率f2＝10ghz，兩路徑信號間形成的相位差為δφ1＝2πδl/λ2＝π，如圖4中的信號l1(f2)和信號l3(f2)，兩個信號強度相同，相位相反，相互抵消，此時從裝置接收到的合成信號的強度sr(f2)＝0，信號完全衰落，無法被從裝置有效地接收；但對于頻率f1，兩路徑信號為l1(f1)和l3(f1)，如圖4，由于其頻率f1＝8ghz，兩路徑信號間的相位差為δφ2＝2πδl/λ1＝πλ2/λ1＝0.8π，λ1為頻率f1信號對應的波長；此時從裝置接收到的合成信號的強度sr(f1)＝0.6a，雖然有一定的衰落，但還能被從裝置有效地接收。同理，對于頻率f3，兩路徑信號為l1(f3)和l3(f3)，如圖4，由于其頻率f3＝12ghz，兩路徑信號間的相位差為δφ＝2πδl/λ3＝πλ2/λ3＝1.2π，λ1為頻率f1信號對應的波長；此時從裝置接收到的合成信號的強度sr(f3)＝0.6a，雖然有一定的衰落，但也能被從裝置有效地接收。由此可見，系統(tǒng)主裝置采用3路載波頻率間隔較大的信號，就能夠保證從裝置在極端條件下至少能夠有效地接收到兩路信號，所接收信號強度為直達信號強度的60％。f1、f3與f2間的頻率間隔越大，所接收的信號的強度越大，但與此同時系統(tǒng)工作的總帶寬越大，系統(tǒng)的實現(xiàn)成本越高。同樣，在從裝置轉發(fā)過程中，由于至少有兩路信號被有效地轉發(fā)，因此主裝置至少能夠有效地接收一路信號，從而保障系統(tǒng)能夠有效地解算出被測目標的距離和速度。

從裝置的第三天線接收由主裝置第一天線發(fā)射并在電梯井中傳播后的射頻信號，從裝置將接收的信號經(jīng)放大濾波后，由第四天線轉發(fā)。

主裝置的第二天線接收由從裝置第四天線發(fā)射并在電梯井中傳播的射頻信號，信號經(jīng)低噪聲放大器e放大后由功分器分為3路。分成的3路信號分別與定向耦合器a1、定向耦合器a2與定向耦合器a3耦接的信號s21(t)、s22(t)與s23(t)經(jīng)混頻器b1、混頻器b1和混頻器b3作自差拍混頻獲得3路含有從裝置距離與速度信息的基帶信號s31(t)、s32(t)與s33(t)。模數(shù)轉換器b1、模數(shù)轉換器b2與模數(shù)轉換器b3將經(jīng)過濾波、放大的模擬信號s31(t)、s32(t)與s33(t)按4khz采樣后得到數(shù)字中頻信號sb1(n)、sb2(n)與sb3(n)輸出至數(shù)字信號處理器。

數(shù)字信號處理器可解算從裝置的距離與速度，也即是電梯的運動狀態(tài)。

【實施例4】

本實施例提供一種采用2路發(fā)射信號的微波測量裝置和系統(tǒng)。

本實施例的微波測量裝置與實施例2的區(qū)別在于：

(1)本實施例的微波測量裝置比實施例2中的微波測量裝置少一個混頻器a、一個發(fā)送信號預處理單元、一個混頻器b和一個接收信號預處理單元；具體的，本實施例的微波測量裝置包括數(shù)字信號處理器、控制器、波形產(chǎn)生器、頻率綜合器、混頻器a1、混頻器a2、帶通濾波器a1、帶通濾波器a2、功率放大器a1、功率放大器a2、定向耦合器a1、定向耦合器a2、功率合成器、第一天線、第二天線、低噪聲放大器e、功分器、混頻器b1、混頻器b2、低通濾波器b1、低通濾波器b2、放大器b1、放大器b2、模數(shù)轉換器b1和模數(shù)轉換器b2，這些器件的連接方式同實施例2。

(2)波形產(chǎn)生器產(chǎn)生2路相同的調頻信號分別輸出給2個混頻器a，頻率綜合器產(chǎn)生2路不同頻率的本振信號分別輸出給2個混頻器a；功率合成器將2個發(fā)送信號預處理單元輸出的2路發(fā)射信號合成為一路射頻信號后通過第一天線發(fā)射以及將2路發(fā)射信號一一對應發(fā)送給混頻器b1、混頻器b2；

(3)第二天線接收到的射頻信號先經(jīng)低噪聲放大器e放大后經(jīng)功分器分為2路s31(t)、s32(t)分別輸出給混頻器b1、混頻器b2；數(shù)字信號處理器接入兩路數(shù)字信號。

微波測量系統(tǒng)包括主裝置和從裝置，主裝置采用本實施例中的微波測量裝置，從裝置結構同時實施例3，此處不再贅述。

微波測量系統(tǒng)的微波測量方法與實施例3的區(qū)別僅在于發(fā)射2路信號、接收2路信號以及只對2路數(shù)字信號sb1(n)和sb2(n)進行處理，處理方法完全相同，此處不再贅述。

【實施例5】

實際應用中，系統(tǒng)還可以進一步采用多于3路的調頻信號進行疊加，從而進一步增加系統(tǒng)冗余度，進一步提高系統(tǒng)的抗多徑性能。本實施例中，提供一種采用多于3路的調頻信號進行疊加的系統(tǒng)和方法。

系統(tǒng)包括主裝置和從裝置，從裝置結構同實施例3。

采用多于3路的調頻信號進行疊加時，主裝置與實施例2和實施例3的不同在于：

(1)發(fā)射部分：頻率綜合器相應地產(chǎn)生n路本振信號；波形產(chǎn)生器產(chǎn)生n路相同的調頻信號；發(fā)射部分的混頻器a的個數(shù)為n個；從而混合出n路發(fā)射信號；發(fā)射信號預處理單元個數(shù)增加至n個，以使每路發(fā)射信號經(jīng)一個發(fā)射信號處理單元處理；功率合成器將n路發(fā)射信號合并然后交予第一天線發(fā)射。n為大于3的整數(shù)。

(2)接收部分：功分器將接收的信號分為n路，接收信號預處理單元個數(shù)增加至n個，以使功分器輸出的每路信號經(jīng)一個接收信號處理單元處理成數(shù)字信號后發(fā)送給數(shù)字信號處理器。

(3)在數(shù)字信號處理器的處理方法上：

s41、n路初始數(shù)字信號sb1(n)、sb2(n)、sb3(n)、…、sbn(n)別按正斜率段和負斜率段拆分，并通過補零使其數(shù)據(jù)長度增加為2^m，得到2n路數(shù)字信號為sb1+(n)、sb1-(n)、sb2+(n)、sb2-(n)、sb3+(n)、sb3-(n)、…、sbn+(n)、sbn-(n)；

s42：對步驟s41中得到的2n路數(shù)字信號作長度為2^m點的快速傅里葉變換，得到序列sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、sb3+(k)、sb3-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)，并計算出2n個序列的峰值sb1+max、sb1-max、sb2+max、sb2-max、…、sbn+max和sbn-max；；

s43：對sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、sb3+(k)、sb3-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)分別進行cfar處理；

s44：判決2n路信號sb1+(k)、sb1-(k)、sb2+(k)、sb2-(k)、sb3+(k)、sb3-(k)、…、sbn+(k)、sbn-(k)是否有效；對于每一路信號，如果判決為有效，則該路信號對應的信號有效標志位置1，判決為無效，則該路信號對應的信號有效標志位置0；

s45：將信號sb1+(k)對應的信號有效標志位fb1+與信號sb1-(k)對應的信號有效標志位fb1+進行邏輯與運算，得到信號sb1(k)對應的有效標志位fb1；

將信號sb2+(k)對應的信號有效標志位fb2+與信號sb2-(k)對應的信號有效標志位fb2-進行邏輯與運算，得到信號sb2(k)對應的有效標志位fb2；

依次類推，直到得到sbn+(k)、sbn-(k)對應的信號有效標志位fbn；

將fb1、fb2…、fbn進行邏輯或運算，得到拆分前的n路接收信號同時有效標志位fb；

s46：計算測量目標的距離和速度，具體包括以下步驟：

s461：判斷fb是否為1，是則跳轉到步驟s462，否則跳轉到步驟s463；

s462：選出有效標志位為1的初始數(shù)字信號，并比較這些有效初始數(shù)字信號經(jīng)拆分、變換后的各路信號的峰值，選取峰值最大的一路信號來解算距離和速度。以sbj+max最大，1≦j≦n，即j路正斜率段最大為例，則選取序列sbj+(k)、sbj-(k)來解算距離和速度，首先求出sbj+(k)、sbj-(k)的峰值sbj+max、sbj-max對應的k值kbj+max和kbj-+max，然后計算出被測點的距離r和速度v，計算公式如下：

r＝(kbj+max+kbj-+max)fstc/(2^m+4bs)(1)

v＝(kbj+max-kbj-+max)fsc/(2^m+2fj)(2)

上述公式中，c為光速，t為調頻信號的調頻周期；bs為波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的調頻信號的帶寬；fs為接收部分模數(shù)轉換器b1、模數(shù)轉換器b2和模數(shù)轉換器b3的采樣率；

s463：拆分前的n路信號均無效，本次調頻的數(shù)字信號處理結束。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。