一種基于有源相控陣收發(fā)組件的毫米波測(cè)距機(jī)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于毫米波測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于有源相控陣收發(fā)組件的毫米波測(cè)距機(jī)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Π踩婪对絹碓街匾暎诎踩婪哆^程中，距離檢測(cè)技術(shù)占有重要地位，例如，在軍事領(lǐng)域上，為了防止敵人入侵，需要測(cè)量敵我之間的距離；在民用領(lǐng)域上，為了防止所駕駛車輛與其他車輛碰撞，需要測(cè)量雙方車距等。
[0003]目前，廣泛采用的距離檢測(cè)技術(shù)包括:超聲波測(cè)距、激光測(cè)距、毫米波測(cè)距和紅外測(cè)距等。上述各種距離檢測(cè)技術(shù)各有利弊，分析如下:(1)超聲波測(cè)距:超聲波具有穿透性較強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在在長距離和短距離條件下，均能很好的進(jìn)行傳輸和反射，但是，超聲波作為一種聲波，容易受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，且對(duì)于遠(yuǎn)距離障礙物，其反射回波比較微弱，因此，一般將超聲波測(cè)距技術(shù)用于短距離測(cè)量領(lǐng)域。
(2)激光測(cè)距技術(shù):激光因其具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于測(cè)距領(lǐng)域。激光測(cè)距技術(shù)具有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是，激光器作為一種高精度的儀器，對(duì)工作環(huán)境和載體的穩(wěn)定性等均有比較苛刻的要求，不適合裝載到工作環(huán)境不固定或者處于因高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大振動(dòng)的場(chǎng)所和載體，因此，激光測(cè)距一般用于工作環(huán)境比較穩(wěn)定的長距離測(cè)量。(3)毫米波測(cè)距技術(shù):毫米波是指波長在1cm以下，頻率在30GHz?300GHz的電磁波。毫米波距離技術(shù)具有準(zhǔn)光特性和近似全天候的工作能力，以及探測(cè)性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，但在長距離傳輸過程中，與激光相比，毫米波損耗較大、回波較微弱，因此，一般適用于幾米到幾百米的中短距離測(cè)量。
[0004]由上述可知，對(duì)于一些工作環(huán)境比較不穩(wěn)定的場(chǎng)所，長距離的測(cè)距要求很難得到滿足，所以探索在不穩(wěn)定工作環(huán)境下長距離測(cè)量成為了一種趨勢(shì)。
[0005]以上各種距離檢測(cè)技術(shù)，無法應(yīng)用于遠(yuǎn)距離、工作環(huán)境比較不穩(wěn)定的場(chǎng)合，因此，探索一種在遠(yuǎn)距離、工作環(huán)境比較苛刻的條件下精確測(cè)距方法，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于有源相控陣收發(fā)組件的毫米波測(cè)距機(jī)系統(tǒng)及方法，可以在工作環(huán)境經(jīng)常變動(dòng)、系統(tǒng)載體經(jīng)常處在運(yùn)動(dòng)等不穩(wěn)定狀態(tài)下，進(jìn)行高精度、快速、遠(yuǎn)距離測(cè)距，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效監(jiān)控。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明提供一種基于有源相控陣收發(fā)組件的毫米波測(cè)距機(jī)系統(tǒng)，包括:毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊、合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊、有源相控陣收發(fā)組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、顯示模塊和控制主機(jī)；所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊與所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊雙向通信連接，所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊與所述有源相控陣收發(fā)組件雙向通信連接，所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊的輸出端與所述顯示模塊連接；另外，所述控制主機(jī)的一端與所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊雙向通信連接，所述控制主機(jī)的另一端與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雙向通信連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出端與所述有源相控陣收發(fā)組件連接。
[0009]優(yōu)選的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括:電機(jī)、電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、滯環(huán)電流控制器、三相整流電路、功率放大電路和DSP控制模塊；
[0010]所述三相整流電路的輸出端與所述功率放大電路的第一輸入端連接，所述功率放大電路的輸出端與所述電機(jī)的輸入端連接；
[0011]所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸入端與所述電機(jī)連接，所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸出端與所述DSP控制模塊的輸入端連接，所述DSP控制模塊的輸出端連接到所述滯環(huán)電流控制器的第一輸入端；
[0012]所述電流檢測(cè)模塊的輸入端與所述電機(jī)連接，所述電流檢測(cè)模塊的輸出端連接到所述滯環(huán)電流控制器的第二輸入端；
[0013]所述滯環(huán)電流控制器的輸出端反饋連接到所述功率放大電路的第二輸入端。
[0014]優(yōu)選的，所述有源相控陣收發(fā)組件包括η個(gè)收發(fā)單元，分別記為:收發(fā)單元1、收發(fā)單元2...收發(fā)單元η ;其中，η為自然數(shù)；
[0015]對(duì)于任意的收發(fā)單元i，i e (1，2...η)，均包括:天線1、收發(fā)組件i和程控開關(guān)控制模塊i ;其中，收發(fā)組件i包括第i_l發(fā)射/接收模塊和第i_2發(fā)射/接收模塊；程控開關(guān)控制模塊i的第一端通過第i_l發(fā)射/接收模塊與天線i進(jìn)行雙向通信連接，程控開關(guān)控制模塊i的第二端通過第i_2發(fā)射/接收模塊與天線i進(jìn)行雙向通信連接，程控開關(guān)控制模塊i的第三端與合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊雙向通信連接。
[0016]優(yōu)選的，所述有源相控陣收發(fā)組件所包括的各個(gè)收發(fā)單元具有不同的發(fā)射功率。
[0017]優(yōu)選的，還包括電源模塊；所述電源模塊分別為所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊、所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊、所述有源相控陣收發(fā)組件、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、所述顯示模塊和所述控制主機(jī)供電。
[0018]本發(fā)明還提供一種基于有源相控陣收發(fā)組件的毫米波測(cè)距方法，包括以下步驟:
[0019]S1，當(dāng)需要搜索目標(biāo)區(qū)域時(shí)，控制主機(jī)同時(shí)向毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)，控制主機(jī)向毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊發(fā)送第一控制參數(shù)，向電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送第二控制參數(shù)；
[0020]S2，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)所述第二控制參數(shù)控制有源相控陣收發(fā)組件旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)控制；
[0021]所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊根據(jù)所述第一控制參數(shù)產(chǎn)生毫米波，并將產(chǎn)生的所述毫米波發(fā)送到合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊；
[0022]S3，所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊根據(jù)測(cè)距需要，計(jì)算出發(fā)射波的功率值，設(shè)該功率值為X ;然后，基于功率X值確定需選取的收發(fā)單元個(gè)數(shù)，設(shè)為m ;其中，m < η ;
[0023]然后，從η個(gè)收發(fā)單元中選取m個(gè)收發(fā)單元，該m個(gè)收發(fā)單元的發(fā)射功率和即為m，m個(gè)收發(fā)單元組成功率值為X的合成網(wǎng)絡(luò)；
[0024]然后，合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊將接收到的毫米波復(fù)用給合成網(wǎng)絡(luò)中的m個(gè)收發(fā)單元，m個(gè)收發(fā)單元分別對(duì)毫米波進(jìn)行功率放大處理，然后在空間疊加合成，即得到功率值為X的發(fā)射波，然后，向外發(fā)射該發(fā)射波；
[0025]S4，所發(fā)射的發(fā)射波遇物體后形成反射回波，所述反射回波通過有源相控陣收發(fā)組件被所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊接收；
[0026]所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊將接收到的反射回波傳輸給所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊；
[0027]S5，所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊對(duì)接收到的反射回波進(jìn)行信號(hào)處理，得到本次探測(cè)到的檢測(cè)目標(biāo)的距離值；
[0028]S6，所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊將所述距離值顯示到顯示模塊。
[0029]優(yōu)選的，所述第一控制參數(shù)為毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊發(fā)射毫米波的發(fā)射頻率值；所述第二控制參數(shù)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的初始轉(zhuǎn)速值。
[0030]優(yōu)選的，所述第一控制參數(shù)為毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊發(fā)射毫米波的發(fā)射頻率值；所述第二控制參數(shù)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的初始轉(zhuǎn)速值。
[0031]優(yōu)選的，S3中，對(duì)于m個(gè)收發(fā)單元所組成的合成網(wǎng)絡(luò)，m個(gè)收發(fā)單元中的任意一個(gè)收發(fā)單元j，包括:天線1、收發(fā)組件i和程控開關(guān)控制模塊i，其中，收發(fā)組件i包括第i_l發(fā)射/接收模塊和第i_2發(fā)射/接收模塊；
[0032]采用以下工作模式:
[0033]在程控開關(guān)控制模塊i的控制下，控制第i_l發(fā)射/接收