具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置、系统及方法，属于微波测量技术领域。本发明专利技术所述测量装置包括信号发射部分和信号接收处理部分，测量系统包括作为主装置的测量装置和从装置；基于测量系统，本发明专利技术还公开了一种协作式微波测量装置方法。本发明专利技术具有杂波抑制效果，且对于所有满足互易定理的杂波均可以做到有效的抑制。

【技术实现步骤摘要】
具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置、系统及方法
本专利技术属于微波测量
，具体涉及一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置、系统及方法。
技术介绍
协作式微波测量装置，用于测量被测目标相对距离与速度，被广泛用在各种距离和速度监测的场景。其基本的原理是微波测量装置发射测量信号，然后接收来自被测目标反射或转发的信号，再通过计算信号传播时延来实现距离测量；通过计算多普勒频移来实现速度测量。在实际应用中，微波距离和速度测量技术会受到来自其他物体散射或反射回波的影响。在微波测量领域，这类回波被定义为杂波。杂波会影响微波测量装置的测量精度，在强杂波背景下，当待测目标回波信号被杂波淹没，无法实现有效的测量。现有的微波测量技术，如中国专利“微波测量装置、系统及方法”(申请号:CN201710308024.7)公开的微波距离和速度测量装置、系统及方法，和中国专利“具有杂波抑制功能的远程位移测量装置、系统及方法”(申请号：CN201710307730.X)公开的一种位移测量装置、系统及方法。二者都利用转发器的极化正交性，可以抑制同极化杂波，即一般的面反射机制带来的杂波，如平面、导电球等简单物体。但是以上专利技术提出的方法无法抑制具有交叉极化特性的杂波，因为上述专利技术的杂波抑制原理是基于测量场景的杂波没有交叉极化分量的假设，然后再从交叉极化回波能量的角度去检测目标，完成距离和速度的测量。这一假设在现实的复杂场景显然是不满足的。45度角旋转的二面角、螺旋线、斜放的导线等都有强的交叉极化回波分量。室内、走廊墙壁、隧道、电梯井等场景，因场景的几何结构，背景杂波都有上述强交叉极化回波分量，因此上述专利都无法在这类复杂的现实环境中得到有效的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置、系统及方法。本专利技术所提出的技术问题是这样解决的：一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置，包括信号发射部分和信号接收处理部分；信号发射部分包括信号源、功率放大器A、功率放大器B、天线A和天线B；信号源分别耦接功率放大器A与功率放大器B；功率放大器A耦接天线A，功率放大器B耦接天线B；天线A的极化状态为(τ,ε)，其中τ为极化椭圆的椭圆倾角，ε为极化椭圆的椭圆曲率角，天线B的极化方式为(τ+π/2,-ε)，因此天线A与天线B正交极化；信号接收处理部分包括天线C、天线D、功分器A、功分器B、接收信号预处理单元A、接收信号预处理单元B、接收信号预处理单元C、接收信号预处理单元D和数字信号处理器；信号接收处理部分中，天线C耦接功分器A；天线D耦接功分器B；接收信号预处理单元A耦接功分器A，包括依次耦接的混频器A、低通滤波器A、模数转换器A，混频器A与信号源耦接；接收信号预处理单元B耦接功分器A，包括依次耦接的混频器B、带通滤波器B、模数转换器B，混频器B与信号源耦接；接收信号预处理单元C耦接功分器B，包括依次耦接的混频器C、低通滤波器C、模数转换器C，混频器C还信号源耦接；接收信号预处理单元D耦接功分器B，包括依次耦接的混频器D、带通滤波器D、模数转换器D，混频器D与信号源耦接；数字信号处理器与模数转换器A、模数转换器B、模数转换器C、模数转换器D耦接；信号接收处理部分的天线C极化状态与信号发射部分天线A极化状态一致，天线D极化状态与天线B极化状态一致。四组天线的收、发各自构成一组极化正交基，可实现回波的全极化接收。优选的，信号源包括时钟源和分别与时钟源连接的锁相频率合成器A、锁相频率合成器B；优选的，信号源包括直接数字频率合成器和分别与直接数字频率合成器连接的带有不同本振的上变频器A、上变频器B；一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量系统，包括主装置和从装置，主装置为所述协作式微波测量装置，从装置为依次耦接的天线E，放大器和天线F；天线E接收主装置中信号发射部分发射的信号，经过放大器将信号放大后由天线F发出；天线E的极化状态同天线A极化状态一致；天线F的极化状态与天线B的极化状态一致。一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量方法，包括以下步骤：步骤1.协作式微波测量装置的信号发射部分中，信号源产生两路对称三角波调制的线性调频连续波信号S1(t)与S2(t)，分别输出至功率放大器A和功率放大器B，经放大后分别由天线A和天线B输出；S1(t)与S2(t)为协作式微波测量装置的距离测量信号，有相同的调频斜率u、带宽B、扫频周期T、起始扫频时间t0，但S1(t)与S2(t)的起始扫频频率不同，信号S1(t)与S2(t)的起始扫频频率分别为f1与f2，起始扫频频率差ΔF＝f2-f1；S1(t)与S2(t)分别由信号源中的锁相频率合成器A和锁相频率合成器B或信号源中的带有不同本振的上变频器A和上变频器B产生；步骤2.信号源产生参考信号S01(t)并输出至混频器A，产生参考信号S02(t)并输出至混频器B，产生参考信号S03(t)并输出至混频器C，产生参考信号S04(t)并输出至混频器D；参考信号满足：S01(t)＝S1(t)；S02(t)＝S2(t)；S03(t)＝S1(t)；S04(t)＝S2(t)；另外，参考信号也可以通过以下方式获得：从信号源处或功率放大器A与天线A中间处添加定向耦合器模块，以获取参考信号S01(t)与S03(t)，然后从信号源处或功率放大器B与天线B中间处添加定向耦合器模块，以获取参考信号S02(t)与S04(t)；步骤3.协作式微波测量系统的从装置作为协作目标，天线E接收信号，经放大后由天线F发射信号，协作式微波测量系统的主装置中的天线C和天线D接收回波信号；步骤4.功分器A将天线C接收的回波信号分离为S3(t)与S4(t)，功分器B将天线D接收的回波信号分离为S5(t)与S6(t)；步骤5.接收信号预处理单元A接收来自功分器A的信号S3(t)，接收信号预处理单元A中的混频器A将来自功分器A的信号S3(t)与来自信号源的参考信号S01(t)混频，混频器A的输出信号经低通滤波器A滤波后得到信号S7(t)；低通滤波器A的截止频率fca满足fca≥2*Lm/c*u，其中Lm是测量系统的预设测量距离，c为光速，u为调频连续波信号的调频斜率；接收信号预处理单元B接收来自功分器A的信号S4(t)，接收信号预处理单元B中的混频器B将来自功分器A的信号S4(t)与来自信号源的参考信号S02(t)混频，混频器B的输出信号经带通滤波器B滤波后得到信号S8(t)；带通滤波器B的中心频率为ΔF+Lm/c*u，带宽为2*Lm/c*u；接收信号预处理单元C接收来自功分器B的信号S5(t)，接收信号预处理单元C中的混频器C将来自功分器B的信号S5(t)与来自信号源的参考信号S03(t)混频，混频器C的输出信号经低通滤波器C滤波后得到信号S9(t)；低通滤波器C的截止频率fcc满足fcc≥2*Lm/c*u；接收信号预处理单元D接收来自功分器B的信号S6(t)，接收信号预处理单元D中的混频器D将来自功分器的信号S6(t)与来自信号源的参考信号S04(t)混频，混频器D的输出信号经带通滤波器D滤波后得到信号S10(t)；带通滤波器D的中心频率为ΔF+Lm/c*u，带宽为2*Lm/c*u；步骤6.模数转换器A将S7(t)采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置，其特征在于，包括信号发射部分和信号接收处理部分；信号发射部分包括信号源、功率放大器A、功率放大器B、天线A和天线B；信号源分别耦接功率放大器A与功率放大器B；功率放大器A耦接天线A，功率放大器B耦接天线B；天线A与天线B正交极化；信号接收处理部分包括天线C、天线D、功分器A、功分器B、接收信号预处理单元A、接收信号预处理单元B、接收信号预处理单元C、接收信号预处理单元D和数字信号处理器；信号接收处理部分中，天线C耦接功分器A；天线D耦接功分器B；接收信号预处理单元A耦接功分器A，包括依次耦接的混频器A、低通滤波器A、模数转换器A，混频器A与信号源耦接；接收信号预处理单元B耦接功分器A，包括依次耦接的混频器B、带通滤波器B、模数转换器B，混频器B与信号源耦接；接收信号预处理单元C耦接功分器B，包括依次耦接的混频器C、低通滤波器C、模数转换器C，混频器C还信号源耦接；接收信号预处理单元D耦接功分器B，包括依次耦接的混频器D、带通滤波器D、模数转换器D，混频器D与信号源耦接；数字信号处理器与模数转换器A、模数转换器B、模数转换器C、模数转换器D耦接；信号接收处理部分的天线C极化状态与信号发射部分天线A极化状态一致，天线D极化状态与天线B极化状态一致。...

【技术特征摘要】
1.一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置，其特征在于，包括信号发射部分和信号接收处理部分；信号发射部分包括信号源、功率放大器A、功率放大器B、天线A和天线B；信号源分别耦接功率放大器A与功率放大器B；功率放大器A耦接天线A，功率放大器B耦接天线B；天线A与天线B正交极化；信号接收处理部分包括天线C、天线D、功分器A、功分器B、接收信号预处理单元A、接收信号预处理单元B、接收信号预处理单元C、接收信号预处理单元D和数字信号处理器；信号接收处理部分中，天线C耦接功分器A；天线D耦接功分器B；接收信号预处理单元A耦接功分器A，包括依次耦接的混频器A、低通滤波器A、模数转换器A，混频器A与信号源耦接；接收信号预处理单元B耦接功分器A，包括依次耦接的混频器B、带通滤波器B、模数转换器B，混频器B与信号源耦接；接收信号预处理单元C耦接功分器B，包括依次耦接的混频器C、低通滤波器C、模数转换器C，混频器C还信号源耦接；接收信号预处理单元D耦接功分器B，包括依次耦接的混频器D、带通滤波器D、模数转换器D，混频器D与信号源耦接；数字信号处理器与模数转换器A、模数转换器B、模数转换器C、模数转换器D耦接；信号接收处理部分的天线C极化状态与信号发射部分天线A极化状态一致，天线D极化状态与天线B极化状态一致。2.根据权利要求1所述的具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置，其特征在于，信号源包括时钟源和分别与时钟源连接的锁相频率合成器A、锁相频率合成器B。3.根据权利要求1所述的具有杂波抑制功能的协作式微波测量装置，其特征在于，信号源包括直接数字频率合成器和分别与直接数字频率合成器连接的带有不同本振的上变频器A、上变频器B。4.一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量系统，其特征在于，包括主装置和从装置，主装置为权利要求2或3所述的所述协作式微波测量装置，从装置为依次耦接的天线E，放大器和天线F；天线E接收主装置中信号发射部分发射的信号，经过放大器将信号放大后由天线F发出；天线E的极化状态同天线A极化状态一致；天线F的极化状态与天线B的极化状态一致。5.一种具有杂波抑制功能的协作式微波测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.权利要求1所述的协作式微波测量装置的信号发射部分中，信号源产生两路对称三角波调制的线性调频连续波信号S1(t)与S2(t)，分别输出至功率放大器A和功率放大器B，经放大后分别由天线A和天线B输出；S1(t)与S2(t)为协作式微波测量装置的距离测量信号，有相同的调频斜率u、带宽B、扫频周期T、起始扫频时间t0，但S1(t)与S2(t)的起始扫频频率不同，信号S1(t)与S2(t)的起始扫频频率分别为f1与f2，起始扫频频率差ΔF＝f2-f1；S1(t)与S2(t)分别由信号源中的锁相频率合成器A和锁相频率合成器B或信号源中的带有不同本振的上变频器A和上变频器B产生；步骤2.信号源产生参考信号S01(t)并输出至混频器A，产生参考信号S02(t)并输出至混频器B，产生参考信号S03(t)并输出至混频器C，产生参考信号S04(t)并输出至混频器D；参考信号满足：S01(t)＝S1(t)；S02(t)＝S2(t)；S03(t)＝S1(t)；S04(t)＝S2(t)；步骤3.权利要求2所述的协作式微波测量系统的从装置作为协作目标，天线E接收信号，经放大后由天线F发射信号，协作式微波测量系统的主装置中的天线C和天线D接收回波信号；步骤4.功分器A将天线C接收的回波信号分离为S3(t)与S4(t)，功分器B将天线D接收的回波信号分离为S5(t)与S6(t)；步骤5.接收信号预处理单元A接收来自功分器A的信号S3(t)，接收信号预处理单元A中的混频器A将来自功分器A的信号S3(t)与来自信号源的参考信号S01(t)混频，混频器A的输出信号经低通滤波器A滤波后得到信号S7(t)；接收信号预处理单元B接收来自功分器A的信号S4(t)，接收信号预处理单元B中的混频器B将来自功分器A的信号S4(t)与来自信号源的参考信号S02(t)混频，混频器B的输出信号经带通滤波器B滤波后得到信号S8(t)；接收信号预处理单元C接收来自功分器B的信号S5(t)，接收信号预处理单元C中的混频器C将来自功分器B的信号S5(t)与来自信号源的参考信号S03(t)混频，混频器C的输出信号经低通滤波器C滤波后得到信号S9(t)；接收信号预处理单元D接收来自功分器B的信号S6(t)，接收信号预处理单元D中的混频器D将来自功分器的信号S6(t)与来自信号源的参考信号S04(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祝明，景茂强，姜琦，李维铭，王金凯，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51