一种射频测距装置与测距方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种射频测距装置，其特征在于：包括控制器、射频发射单元、射频接收单元和时钟；所述射频发射单元设有相位测量信号发生器、信号调制器、RF功率放大器和信号发送天线，所述控制器分别经相位测量信号发生器和信号调制器后接入到RF功率放大器，所述相位测量信号发生器的第一信号输出端连接信号调制器调制输入端，信号发送天线连接RF功率放大器；所述射频接收单元设有RF接收器、信号解调器、鉴相器和信号接收天线，信号接收天线连接RF接收器，RF接收器分别通过鉴相器和信号解调器接入到控制器，所述相位测量信号发生器的第二信号输出端连接鉴相器的输入端；所述时钟连接控制器。本发明专利技术能够实现对目标进行高精度测距。

A Radio Frequency Ranging Device and Method

The invention discloses a radio frequency ranging device, which is characterized by: a controller, a radio frequency transmitting unit, a radio frequency receiving unit and a clock; the radio frequency transmitting unit is provided with a phase measurement signal generator, a signal modulator, a RF power amplifier and a signal transmitting antenna, and the controller is connected to the RF power amplifier through a phase measurement signal generator and a signal modulator respectively. The first output end of the phase measurement signal generator is connected with the modulation input end of the signal modulator, and the signal transmitting antenna is connected with the RF power amplifier. The RF receiving unit is provided with an RF receiver, a signal demodulator, a phase discriminator and a signal receiving antenna, and the signal receiving antenna is connected with the RF receiver, which is connected to the controller through a phase discriminator and a signal demodulator, respectively. The second signal output end of the phase measurement signal generator is connected with the input end of the phase detector, and the clock is connected with the controller. The invention can realize high precision ranging of targets.

【技术实现步骤摘要】
一种射频测距装置与测距方法
本专利技术属于射频测量
，尤其涉及一种射频测距装置与测距方法。
技术介绍
目前，随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境中，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场以及矿井等，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。目前针对定位测距主要包含超声波测距技术、蓝牙测距技术、射频识别测距技术、Wi-Fi测距技术等，而现有的射频测距装置在射频识别测距时由于射频电磁波的多径传播特性，导致射频测距无法像激光测距一样精确对准目标并利用反射来实现毫米级高精度测距。名词定义：相位测量信号：没有经过调制的，频率及相位稳定的信号，其频率和相位在一定范围内连续可调，信号频率为fu。相位测量信号可以是射频通讯的载波信号，也可以是专用信号发生器产生的信号。在测量过程中，相位测量信号需要发射时送入射频功放，经天线向外辐射；在不需要发射时则维持信号发生器工作，保持其频率和相位不变。数据帧：射频通讯装置在一段时间内发送的经过调制的带有数据信息的射频信号。相位测量帧：射频通讯装置在一段时间内发送的相位测量射频信号。相位测量帧与数据帧的时序关系不固定，相位测量帧根据具体应用的需要，可以在数据帧前，也可在数据帧后，也可在数据帧中间。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种射频测距装置与测距方法，能够实现对待测目标进行高精度的定位测距。为了达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案是：一种射频测距装置，其特征在于：包括控制器、射频发射单元、射频接收单元、时钟和RF转换开关；所述射频发射单元设有相位测量信号发生器、信号调制器、RF功率放大器和信号发送天线，所述控制器分别经相位测量信号发生器和信号调制器后接入到RF功率放大器，所述相位测量信号发生器的第一信号输出端连接信号调制器调制输入端，所述信号发送天线连接RF功率放大器，用于将经RF功率放大器放大后的信号发送出去；所述射频接收单元设有RF接收器、信号解调器、鉴相器和信号接收天线，所述信号接收天线用于接收信号并将信号传送至RF接收器，所述RF接收器分别通过鉴相器和信号解调器接入到控制器，所述相位测量信号发生器的第二信号输出端连接鉴相器的输入端；所述时钟连接控制器，用与输送时钟信号；所述RF转换开关连接RF功率放大器和RF接收器；所述信号发送天线和信号接收天线为同一天线，且该天线连接RF切换开关。进一步地，还包括高速脉冲计数器，所述高速脉冲计数器连接控制器，所述相位测量信号发生器的第三信号输出端连接高速脉冲计数器的信号输入端。进一步地，所述控制器上设有数字接口，用于输入或输出数据。进一步地，所述控制器设有电源接入口，用于连接电源。一种测距方法，其特征在于，包括以下的测量步骤：S11.设置基站与测站：在测距量程的空间范围内，在需要定位测量的物体或位置上设置射频测距装置作为测站，在已知三维坐标的地点设置射频测距装置作为基站；S12.请求测距：通过基站向测站发送测距请求，发送完成后关闭射频发射且保持相位测量信号发生器的工作，使相位测量信号的频率和相位保持稳定并通过RF切换开关切换至接收模式；S13.相位同步：测站接收基站发送过来的数据帧和相位测量帧，调整相位测量信号的频率和相位，使相位测量信号与接收到基站的相位测量帧信号一致；S14.返回相位测量帧：测站待基站关闭射频发射后，通过RF切换开关从接收模式切换至发射模式，发送数据帧和相位测量帧；S15.相位测量：基站接收测站返回的数据帧和相位测量帧，并将返回的相位测量帧信号与自身的相位测量信号一起送入鉴相器，测得相位差S16.测量电磁波飞行时间和飞行时间内的整周数：基站向测站发出射频信号同时记录该时刻ta1；测站收到基站发送的射频信号同时记录该时刻tb1；测站返回射频信号给基站同时记录该时刻tb2；基站收到测站发送的射频信号同时记录该时刻ta2；根据下式计算电磁波在空中的飞行时间tab和整周数N：N＝tab·fu其中，fu为相位测量信号的信号频率(Hz)；S17.测距计算：测得相位测量信号的相位差和整周数N之后，根据以下公式计算距离：其中，L为基站到测站的距离(m)，C—光速(m/s)。一种测距方法，其特征在于，包括以下的测量步骤：S21.设置基站与测站：在测距量程的空间范围内，在需要定位测量的物体或位置上设置射频测距装置作为测站，在已知三维坐标的地点设置射频测距装置作为基站；S22.请求测距：通过基站向测站发送测距请求，发送完成后关闭射频发射且保持相位测量信号发生器的工作，使相位测量信号的频率和相位保持稳定并通过RF切换开关切换至接收模式；S23.相位同步：测站接收基站发送过来的数据帧和相位测量帧，调整相位测量信号的频率和相位，使相位测量信号与接收到基站的相位测量帧信号一致；S24.返回相位测量帧：测站待基站关闭射频发射后，通过RF切换开关从接收模式切换至发射模式，发送数据帧和相位测量帧；S25.相位测量：基站接收测站返回的数据帧和相位测量帧，并将返回的相位测量帧信号与自身的相位测量信号一起送入鉴相器，测得相位差S26.测量电磁波的整周数N：将相位测量信号送入高速脉冲计数器，基站向测站发出相位测量帧的同时，基站的高速脉冲计数器开始计数，测站收到基站发送的相位测量帧的同时，测站的高速脉冲计数器开始计数，测站返回相位测量帧给基站的同时，测站记录当前脉冲数Nb1，基站收到测站发送的相位测量帧的同时，基站记录当前脉冲数Na1，根据公式：N＝(Na1-Nb1)/2计算得到整周数N；S27.测距计算：测得相位测量信号的相位差和整周数N后，根据以下公式计算距离：其中，L为基站到测站的距离(m)，C为光速(m/s)，fu为相位测量信号的信号频率(Hz)。一种测距方法，其特征在于，包括以下的测量步骤：S31.设置基站与测站：在测距量程的空间范围内，在需要定位测量的物体或位置上设置射频测距装置作为测站，在已知三维坐标的地点设置射频测距装置作为基站；S32.请求测距：通过基站向测站发送测距请求，发送完成后关闭射频发射且保持相位测量信号发生器的工作，使相位测量信号的频率和相位保持稳定并通过RF切换开关切换至接收模式；S33.相位同步：测站接收基站发送过来的数据帧和相位测量帧，调整相位测量信号的频率和相位，使相位测量信号与接收到基站的相位测量帧信号一致；S34.返回相位测量帧：测站待基站关闭射频发射后，通过RF切换开关从接收模式切换至发射模式，发送数据帧和相位测量帧；S35.相位测量：基站接收测站返回的数据帧和相位测量帧，并将返回的相位测量帧信号与自身的相位测量信号一起送入鉴相器，测得相位差S36.测量电磁波的整周数N：将相位测量信号送入高速脉冲计数器，基站向测站发出相位测量帧的同时，基站的高速脉冲计数器开始计数，测站收到基站发送的相位测量帧的同时，测站的高速脉冲计数器开始计数，测站返回相位测量帧给基站的同时，测站记录当前脉冲数Nb1，基站收到测站发送的相位测量帧的同时，基站记录当前脉冲数Na1，基站收到测站发送的相位测量帧后，继续向测站发出相位测量帧的同时，基站记录当前脉冲数Na2，测站收到基站发送的相位测量帧的同时，测站记录当前脉冲数Nb2，根据下式计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射频测距装置，其特征在于：包括控制器、射频发射单元、射频接收单元、时钟和RF转换开关；所述射频发射单元设有相位测量信号发生器、信号调制器、RF功率放大器和信号发送天线，所述控制器分别经相位测量信号发生器和信号调制器后接入到RF功率放大器，所述相位测量信号发生器的第一信号输出端连接信号调制器调制输入端，所述信号发送天线连接RF功率放大器，用于将经RF功率放大器放大后的信号发送出去；所述射频接收单元设有RF接收器、信号解调器、鉴相器和信号接收天线，所述信号接收天线用于接收信号并将信号传送至RF接收器，所述RF接收器分别通过鉴相器和信号解调器接入到控制器，所述相位测量信号发生器的第二信号输出端连接鉴相器的输入端；所述时钟连接控制器，用与输送时钟信号；所述RF转换开关连接RF功率放大器和RF接收器。所述信号发送天线和信号接收天线为同一天线，且该天线连接RF切换开关。

【技术特征摘要】
1.一种射频测距装置，其特征在于：包括控制器、射频发射单元、射频接收单元、时钟和RF转换开关；所述射频发射单元设有相位测量信号发生器、信号调制器、RF功率放大器和信号发送天线，所述控制器分别经相位测量信号发生器和信号调制器后接入到RF功率放大器，所述相位测量信号发生器的第一信号输出端连接信号调制器调制输入端，所述信号发送天线连接RF功率放大器，用于将经RF功率放大器放大后的信号发送出去；所述射频接收单元设有RF接收器、信号解调器、鉴相器和信号接收天线，所述信号接收天线用于接收信号并将信号传送至RF接收器，所述RF接收器分别通过鉴相器和信号解调器接入到控制器，所述相位测量信号发生器的第二信号输出端连接鉴相器的输入端；所述时钟连接控制器，用与输送时钟信号；所述RF转换开关连接RF功率放大器和RF接收器。所述信号发送天线和信号接收天线为同一天线，且该天线连接RF切换开关。2.根据权利要求1所述的射频测距装置，其特征在于：还包括高速脉冲计数器，所述高速脉冲计数器连接控制器，所述相位测量信号发生器的第三信号输出端连接高速脉冲计数器的信号输入端。3.根据权利要求1所述的射频测距装置，其特征在于：所述控制器上设有数字接口。4.根据权利要求1所述的射频测距装置，其特征在于：所述控制器设有电源接入口。5.一种利用权利要求1所述的射频测距装置所进行的测距方法，其特征在于，包括以下的测量步骤：S11.设置基站与测站：在测距量程的空间范围内，在需要定位测量的物体或位置上设置射频测距装置作为测站，在已知三维坐标的地点设置射频测距装置作为基站；S12.请求测距：通过基站向测站发送测距请求，发送完成后关闭射频发射且保持相位测量信号发生器的工作，使相位测量信号的频率和相位保持稳定并通过RF切换开关切换至接收模式；S13.相位同步：测站接收基站发送过来的数据帧和相位测量帧，调整相位测量信号的频率和相位，使相位测量信号与接收到基站的相位测量帧信号一致；S14.返回相位测量帧：测站待基站关闭射频发射后，通过RF切换开关从接收模式切换至发射模式，发送数据帧和相位测量帧；S15.相位测量：基站接收测站返回的数据帧和相位测量帧，并将返回的相位测量帧信号与自身的相位测量信号一起送入鉴相器，测得相位差S16.测量电磁波飞行时间和飞行时间内的整周数：基站向测站发出射频信号同时记录该时刻ta1；测站收到基站发送的射频信号同时记录该时刻tb1；测站返回射频信号给基站同时记录该时刻tb2；基站收到测站发送的射频信号同时记录该时刻ta2；根据下式计算电磁波在空中的飞行时间tab和整周数N：N＝tab·fu其中，fu为相位测量信号的信号频率(Hz)；S17.测距计算：测得相位测量信号的相位差和整周数N之后，根据以下公式计算距离：其中，L为基站到测站的距离(m)，C—光速(m/s)。6.一种利用权利要求2所述的射频测距装置所进行的测距方法，其特征在于，包括以下的测量步骤：S21.设置基站与测站：在测距量程的空间范围内，在需要定位测量的物体或位置上设置射频测距装置作为测站，在已知三维坐标的地点设置射频测距装置作为基站；S22.请求测距：通过基站向测站发送测距请求，发送完成后关闭射频发射且保持相位测量信号发生器的工作，使相位测量信号的频率和相位保持稳定并通过RF切换开关切换至接收模式；S23.相位同步：测站接收基站发送过来的数据帧和相位测量帧，调整相位测量信号的频率和相位，使相位测量信号与接收到基站的相位测量帧信号一致；S24.返回相位测量帧：测站待基站关闭射频发射后，通过RF切换开关从接收模式切换至发射模式，发送数据帧和相位测量帧；S25.相位测量：基站接收测站返回的数据帧和相位测量帧，并将返回的相位测量帧信号与自身的相位测量信号一起送入鉴相器，测得相位差S26.测量电磁波的整周数N：将相位测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亦明，李小龙，于东锋，
申请(专利权)人：苏州市建筑科学研究院集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32