三频法相位测距研究

《三频法相位测距研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三频法相位测距研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1三频法相位测距研究三频法相位测距研究摘要：微波雷达测距分为延时法和相位法，在对微波相位测距法作了简单的介 绍基础上，提出了一种新测距方法即三频测距法，有效地扩展了相位测距的距 离，并具有很高得测量精度。本文通过 c 语言编程对其进行模拟计算得到了正 确的结果，最后还对系统误差进行了分析计算，得到了预期的效果,达到了高精 度，远距离测量的要求。关键词：雷达 距离模糊 三频 相位测距 误差1. 引言引言微波是无线电波中波长最短的一个波段，x 对应的波长范围为 1mm-1m, x 有较好的反射特性和良好的定向辐射特性,因而广泛地应用在雷达测距系统中。 雷达测量距离有时延法和相位法。时延法中，设雷达

2、与目标间的距离为 L，回波时延为，则距离。相位法就是通过起始相位与回波相位的差来测距2cL的，相位法又分为单频法和双频法，单频测距的范围超过半个波长就会产生距 离模糊【1】 ，所以测量距离很短。在双频测距中，测量距离和精度始终是一对 矛盾【2】 。为此本文提出三频测距法，所取波长为 0.47-0.57m,属于特高频波段【3】，对其进行了研究，解决了测量范围和测距精度的问题，经验证本文提出的方法可以对 50-1000m 的目标进行精确测量。2. 三频测距基本原理三频测距基本原理targett tr ra an ns sm mi it tt te er rr re ec ce ei iv ve e

3、r rp ph ha as se e d de et te ec ct to or r图一 三频测距的基本原理由于距离每变化，相位就会移动，在文献【4】中有详细论述，从图/ 22【5】中很容易看出总的测量距离 L 应为：，为了分析方便，222iiLn V令，此时 L 就可以表示成： 2i(1)2LnV2在单频测距中，当测量距离大于 0.5时，若能确定 n 的值，即可得到测量距离。因此可以通过增加发射频率的方法，解决此问题。设发射机发射的三个频率为,，所对应的波长满足三个波长两两互素，并且相邻波1f2f3f1,23, 长差m，则有如下的关系式：0.01(2)1 1 112LnV(3)2 2222

4、LnV(4)3 3332LnV若双频测距，则只取方程组(2),(3),则满足，即22211 12 112nn VV可成为方程组的解，此时测距范围较小，再增加一个频率，则的约束关123,n n n系加强，这样可以明显增加测距范围，最终的目标是让这三个方程组在测距时 有唯一的一组解，否则存在多值问题，产生距离模糊。3实验结果分析实验结果分析3.1 影响测距精度的因素影响测距精度的因素（1）相位误差的影响从以上的推导及实例中可以看出，相位的测量误差会对测量结果产生影响， 设相位计的允许误差为0.5%，微波波段这个精度的相位计可以实现【6】，若所 用的相位计误差大于0.5%，可以采用线性相位修正数学模

5、型【7】来减小相位对测距的影响，设信号源发射的频率为,它们所对应的波长分别为123,fff。下面举一组数值为例进行分析说明。123, 设 1230.47 ,0.48 ,0.49mmm表一 相位理论值和实际值测距的对比理论值 实际值（误差0.5%）相位 第一组第二组 相 位 测量距离 L无误差 n 值 n 值 有 误 差第一组 n 值第二组 n 值10/47n1=1064n1=341610.05/47n1=1063.99n1=3416.0090/48n2=1041n2=334489.55/48n2=1040.99n2=3344.00 500.13m66/49n3=1020n3=327666.33

6、/49n3=1019.99n3=3276.00通过 VC6.0 模拟，实现了相位的理论值和实际值对测量距离影响的对比， 对表格中有误差测量时的 n 值进行近似，若小数部分的前两位为 99，则 n 值取 整数部分加 1，若小数前两位为 00，直接取整数部分，表中很容易看出有误差3和误差时的第一组 n 值和第二组 n 值均相同，由此可以得出结论，0.5%的相 位误差不会对测量结果造成影响。 （2）波长误差的影响 由于各种因素的影响，信号源发射的波长可能和我们需要的波长并不完全相同，设波长允许的误差为,由于相位允许的误差为，则测距的公7100.5%式可以写为 (5)7(1 10 )(1 0.5%)2

7、LnV测量精度（P）=误差值/理论值, 当时，误差最大，从公式（5）2V中可以得出(6)735P=10101n 从公式（6）中可以看出当 n 越大，测量精度越高，当 n=1000 时，测距精度可达。然后将波长及相位代入公式，其余分析方法和相位分析时相同，这里610不再重复，经验证， 的波长误差也不会对测距结果产生影响。7103.2 测距范围与最大不模糊距离的曲线图测距范围与最大不模糊距离的曲线图在不增加成本和系统设计复杂的情况下，尽可能大的增加测距范围，又不 产生距离模糊问题。下图就很好的说明了测距范围与最大不模糊距离之间的关 系。4上图中第一,二,三组波长取值依次为；1230.47 ,0.4

8、8 ,0.49mmm； ，可见它们1230.49 ,0.5 ,0.51mmm123053 ,0.54 ,0.55mmm的变化规律大致相同，且测量距离超过一定的范围就会产生距离模糊，图中的 A 点为测距的起始距离，当距离小于 50 米时可以采用超声波测距，操作简单， 成本又低。当图中 C 点实际距离为 1105.08m,但在图中可以看出，在(很小，一般不会为零，图中)就会出现第一组 n 值，0.06cUm0.01DEUUm这样我们需要的 n 值就会成为第二组值，产生距离模糊现象,由于在 AB 段可以 实现在一定距离范围内的不模糊测量，因此实际测量时主要应用的就是 AB 段。4.结论结论本文提出的

9、三频法测距，有效的解决了测量范围和精度的矛盾，经验证若 波长取在 0.47-0.57m 之间，并且相邻波长差m，为了增大测量距离，取三0.01 个波长为互素关系，可以实现 501000m 的无模糊测量。当然也可以取其他的 波段，那么它所对应的无模糊测距范围也会有所不同，例如若取 0.91.1m 波段， 经验证可以实现 503000m 的无模糊测量，但这个波段的直线传输特性不如 0.5m 波段，若波长取得太短,如=0.2m,则比相就会变得比较困难。因此三频法 测距的关键就是对波长（或频率）的正确选取以及相位的精确测量，这为实现 测距提供了一种新的方法。5参考文献参考文献【1】Bassem R.

10、Mahafza and Atef Z. Elsherbeni. Matlab Simulations For Radar Systems DesignM.Beijing : Publishing House Of Electronics Industry, 2009:135-146【2】Yuan Junquan, Cheng Zhu, Huang Fukan, Sun Xiaochang. A new approach to improve performance of digitized CW ranging radarJ. Signal processing, 2004, 20(1): 8

11、6-89【3】雷达系统导论 79-80【4】Ding Lufei and Geng Fulu. Radar PrinciplesM Xian：西安电子科技大学出版社，2002. 7-8【5】Wang Tao. Research of the phase laser ranging technologyJ. Laser & Infrared, 2007,37(1): 30-31【6】Wang Xiuxia. Study and design of phase meter with high precisionD. 出版地:出版者,出版年.1【7】Xie Hongsen. The error analysis of phase rangingJ. Practical measurement technology,2001, 卷(4):28-29