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万方数据声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在指导教师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:魈墨垂日期:丝!盛幽!望关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定,其中包括:①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件;②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;③学校可允许学位论文被查阅或借阅;④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文;⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名:缁主墨...日期:坦丝垒!塑至塑导师签名:—乏℃立4L日期:—堕盟争上盈L 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文FMcw雷达水位测量系统的设计愀燃必摘要河流水位的测量是水文测防工作中最重要的部分,目前国内水文站大多采用接触式测量方法,这种测量方法容易因为水下的泥沙等异物导致测量失准甚至是测量设备的损坏。采用FMCW雷达测量水位这一先进的非接触式测量方式可以避免上述情况,而且还具有精度和分辨率高、安装简单等优点。基于此,本文设计了FMCW雷达水位测量系统。FMCW雷达水位测量系统通过测量雷达的混频器产生的差频信号计算出雷达到河面的距离,进而得出水位。FMCW雷达水位测量系统包括几个部分:波形发生器、24GHz雷达传感器、信号采样与处理模块和实时显示模块。波形发生器发出锯齿调制波驱动雷达传感器工作,雷达传感器测回的差频信号首先输出到前端信号处理电路使之适合DSP内部ADC的采样和以后的处理。然后DSP内部的ADC模块对预处理后的信号进行采样,采样后的信号经过DSP的1024点FFT变换后得到差频信号的频率,然后根据差频频率通过得定的距离计算公式得出水位值,然后将其显示在显示屏上。本文详细介绍了FMCW雷达的测距原理,波形发生器的硬件和软件设计,DSP内部ADC模块的采样实现和FFT算法在DsP中的实现和显示模块的硬件和软件设计。最后对测量系统进行了测距实验,记录测量结果并进行了误差分T 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文析,本系统的测量相对误差在1%以内而且可以快速测量,符合实时测量要求。关键词:FMCW雷达,水位,测量系统,DSP 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文DESIGNOFFMCWLEVELRADARⅧASUl之ENⅡ烈TSYSTEMABSTRACTmverwaterlevelmeasurementisthemostimportantpartofmehydrologicalwork,atpresentdomesticmosthydrologicalstationusecontactmeasurementmethod.ThismeasurementmethodiseasilyinfluencedbyundenVatersedimenta11domerforeignbody,cancauset11ed锄ageofthephraseoreVenmeasurementequipment.UsingFMCWradarmeasuringwaterleVelcanaVoidtheaboVesituation.Itisanadvancedwayofnon—contactmeasurementmethodwitchhastheadvamagesofhighaccuracyandresolutionwitllSimpleinstallation.Basedonit,thisthesisdesignedt11eFMCWradarleVelmeasurementsystem.FMCWradarlevelmeasurementsystemcalculatesmedistancebetweenradarandwatersurfacebymeasuringtheIF(intemediate丹eqVency)signalbeproducedbymixerinsiderad2ur,thenreachthewaterlevel.FMCWradarlevelmeasurementsystemincludesseVeralp叭s:mewavef.omgenerator,24GHZradarsensor,sigllalsamplingandprocessingmoduleandreal—timedisplaymodule.WaVefomgeneratordrives廿1eradartoworkbysendmgt11esavnoothwave,theintemediateIII 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文仔equencysignalmeasuredbyradarsensorissendtothe丘。ontendsignalprocessingcircuit.ThiscirCuitcanmaketheintennediate仔equencysignalsuitableforDSPintemalADCs锄plingandsubsequentprocessing.ThentheDSPintemalADCS锄plesthesignalaRerprocessing,andDSPdo1024-pointFFT,getthe仔equencyofIFsignal.Accordingtothe仔equency,thewaterlevelcanbecalculated.ARertheresultcomingout,itwillbedisplayedontheViewingscreen.ThisthesisdescribestherangingprincipleofFMCWradar,designofwavef-omgeneratoranddisplaymodule,andimplementationofADS锄pllingandFFT.Themeasurementsystemwastested,theexperimentaldataswererecordedandanalyzed,therelatiVeerrorofmeasurementoftIlissystemiswithin士1%,someFMCWradarlevelmeasurementsystemismeettherequirements.KEYWORDS:FMCWradaur,waterleVel,measurementsystem,DSPIV 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IABS’I。I己AC。I‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.1ll第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯..11.1论文背景和研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.11.2FMCW雷达的发展和应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.21.3雷达在水文领域的应用研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31.4论文主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41.5论文结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..4第二章FMCW雷达测距的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.1FMCW雷达工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..72.2锯齿波调频测距原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8第三章水位测量系统的总体结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..153.1测量系统总体结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.153.2雷达传感器介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163.2.1IVS.148简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163.2.2IVS.148工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..173.2.3IVS.148接口定义和技术参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.183.2.4关于IVS.148的其它说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..203.3波形发生器简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l3.4信号处理模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..223.5显示部分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22第四章波形发生器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..234.1TMS320F28}12介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯234.1.1TMS320F2812的性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..244.1.2TMS320F2812的片内外设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.244.1.3TMS320F2812最小系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..254.1.4电源电路的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.26V 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文4.1.5复位电路与JAlⅪ下载口电路的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.274.2波形发生器硬件电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.294.2.1波形发生器概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.294.2.2波形发生器外围设备的介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯304.3波形发生器的软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334.3.1锯齿波输出原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.334.3.2编程实现锯齿波输出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35第五章信号处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.4l5.1外置滤波放大电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.4l5.1.1高通滤波器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..415.1.2信号放大电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯425.1.3反相加法电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯435.2差频信号的AD采样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯445.2.1TMS320F2812的内部ADC模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..455.2.2AD采样的编程实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475.3采样结果的FF,I’变换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..515.3.1FFT算法的优点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.525.3.2FFT在DSP中的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..525.3.3测量距离的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.54第六章结果显示模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..576.1显示器件的选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯576.2FYDl2864.0402B液晶介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯586.3显示模块硬件电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626.4显示模块的软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..636.4.1FYDl2864.0402B指令说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯636.4.2编程实现结果显示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..65第七章测量系统测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..717.1系统测试环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..717.2系统的测量结果及误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..71VI 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文VIILru7●1qo78●r、一文●,、l一论●、‘一一术一学望一一的展一表和一发结一问总一一期献一位章文一学八考谢读第参致攻 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文VIII 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文1.1论文背景和研究意义第一章绪论我国境内河流、湖泊众多,水文情况极为复杂,为了能够避免因水患给国家带来不可估量的生命财产损失和深重灾难,做好水文的测量防范工作是十分必要的,其中河流的流量及水位的测量更是工作中的重中之重。随着科技的发展,自动测量系统逐渐代替了传统的人力测量,现在全国的水文站大多安装有自动测量系统,部分水文站也正在着手安装或者改装成该类设备。但是,目前全国范围内的水文站的自动测量系统大多采用接触式测量方法,即测量设备进入河面之下,和水流直接接触进行测量,如用于侧流速的旋转测速仪,搭载接触式测量设备的悬杆和铅鱼等,这种方法容易因为水下的泥沙等异物导致测量失准甚至是测量设备的损坏。如果一旦设备损坏,维修起来比较繁琐和困难。因此,也有一小部分水文站购进了一些非接触式测量设备(测量设备不需要进入河面之下)进行水文参数测量。利用超声波传感器测量水位和流速是在水文测量中一种比较常见的方法,相应的设备如手提式超声流速仪等。它通过测量仪的发射探头发出超声波,经过河面的反射,回波被探头接收,利用两个波形的时间延迟可以计算出河面的高度【l】【21,利用多普勒频率可以计算出河面的流速。但是周围环境很容易影响超声测量设备的测量精度,而且超声波测流设备的安装及维护都比较繁琐。利用激光传感器测量水位也是一种可以考虑的方法,也是利用发射波和回波的时延来计算河面高度的【3】,激光的线性度好,测量精度高,但是它也容易被周围的环境所影响,如空气中的灰尘甚至空气的密度都会影响其精度【4】,目前在水文测量中应用还较少。利用电磁波测量河流的流量和水位是一种比较好的方法,它是目前最先进的非接触式测量方法【5j,不易受恶劣河流环境的影响,稳定性强,准确性高,而且它可测量的有效距离也大大超过了同样采用非接触式测量方式的超声波设备。但是,目前国内外普遍采用脉冲雷达测量水位,价格昂贵而且还不能测量河流流速,FMCW(调频连续波)雷达可以实现水位和流速的测量。目前市场上比较常见的是FMCw雷达液位计,少有FMCW雷达水位计和流速测量仪,而且水位计也基本都是国外产品。 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文所以现在基本没有水文站采用FMCW雷达来测量水位和流速,但是又有这样的需求。另外,文献中关于FMCW雷达如何实现高精度水位和流速测量的核心技术介绍的少之又少,极少对测量精度方面和对影响测量精度的因素进行分析,而且没有一个相应的计量机构建立标准,这就为FMCW水位、流速测量雷达的研究带来一定的困难,因此本文的工作重点就是设计一个FMCW雷达水位测量系统,在此实验平台上,设置两种可以选择的驱动波形,分别实现水位和流速的测量,而且可以通过自己编写算法,来测试不同参数下的测量精度和分辨率。1.2FMCW雷达的发展和应用雷达(I己ad砌是英文&以ioDetectionand凡mging(无线电探测和定位)的缩写音译,是第二次世界大战期间同盟国(主要是英国)开发的新技术,它在粉碎纳粹德国对英国的空袭中起着极其重要的作用。雷达技术了到今天已经经历70多年时间的发展【6】,现代的雷达已经远远超出最初对目标探测和测量距离的基本功能r71。雷达利用接收到的电磁波信号相对发射的电磁波信号的时间延迟探测目标的距离【8】,利用回波信号的多普勒频移探测目标的速度,目标的角度则由天线波束的方向可以测量。按照发射信号的不同,雷达分为脉冲雷达和FMCW(FrequencyModulatedContinuouSW撕e,调频连续波)雷达两种。脉冲雷达的工作原理是由雷达发射一系列的脉冲信号,然后接收经过被测物体反射之后的回波,回波信号与发射信号之间会有一段时间迟,因为电磁波以光速传播,所以根据延迟的时间就可以计算出被测物体与雷达之间的距离。FMCW雷达则是在一个扫频周期内连续发射频率在一定范围内或是固定频率的电磁波,经过被测物体的反射后的回波信号被雷达的接收模块接收,回波信号的频率相对于发射信号有一定频率差及相位差,根据频率差就可以计算出目标与雷达之间的距离和速度信息【91。因为脉冲型雷达发射的脉冲宽度非常小,能够精确地测量目标的距离,而且能够测量远距离目标,非常适合用于军事方面,所以脉冲型雷达率先被研制出来并在20世纪60年代就已被广泛应用,而脉冲型雷达在民用领域最早用于交通管制中。二十世纪五十年代后,雷达技术的研究不断地发展和深入,越来越多的国家开始从事FMCw雷达测距的研究,大部分的关键技术都在那以后取得重大突破,FMCW体制的雷达整机也陆续被大量研制出来。2 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文FMCW雷达有如下的优点:(1)发射天线的发射功率远远小于脉冲型雷达,但灵敏度却高于后者;(2)更小的雷达盲区,当进行近距离的目标探测时特别适合;(3)系统集成化简单,工作电压低;(4)采用时域一频域转换技术,对振荡器频率稳定度要求低;(5)测量精度要大大高于脉冲型的雷达。虽然调频连续波雷达具有以上优点,但它实现高线性度非常之不易,且成本高【lo】。七十年代以前,该体制的雷达主要应用于测距和测速领域。80年代以后,随着计算机和DSP技术的发展,以及关于该体制雷达的一系列理论的研究突破,FMCW雷达的测量精度提高,应用领域也越来越广【11】。FMCW雷达整机虽然应用广泛且实用性强,使用起来很方便。但是,由于整机专业性强,且固定下来之后不易做功能上的修改和改进,甚至在某些情况下无法完全满足需要。为此,某些公司开发并生产出独立的FMCW(或者Cw)雷达传感器,后端的设备和功能则由客户根据自身需要自行设计和制造。具有代表性的是由德国INNOSENT公司生产的24GHz雷达传感器,该公司是世界上最大的商业用24GHZ雷达传感器制造商,世界第二大的自动工控用雷达制造商。该传感器可运用于交通监测、物体探测、运动测速和工业应用等各个领域。在工业应用中,主要用于液位测量、流速测量、泥浆密度测量、传送带监控、机器人等。1.3雷达在水文领域的应用研究现状随着技术的发展,脉冲型雷达和FMCw雷达也被逐渐应用于水文测量中。脉冲型雷达主要用于河流水位的测量,并生产出了多款雷达水位计。现在国内外普遍使用的雷达水位计主要是德国SEBA公司生产的SEBAPULS雷达水位计和OTT公司生产的RLS雷达水位计,国内也有部分水文站使用北京古达仪表有限公司生产的GDRD系列雷达水位计,该系列水位计在液位测量中被大量使用。同时,因为利用雷达多普勒频移来测量水面流速在国内外的水利水文领域得到了广泛的重视与研究,该体制的雷达测速仪、流量计和测流系统也被逐渐应用于国内外水文测速中,目前具有代表性的是奥地利SOM^伍R公司的RQ.24和RG.30非接触式流量计,它们在欧洲广泛使用,在中国也已开始推广;美国德卡托公司为USGS(美国地质调查3 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文局)制造的手持式雷达电波流速仪(SVR),因其良好准确性、出色的稳定性和简易的操作性而在国内外河流测速中广泛使用。该体制的雷达鲜见用于水位测量中,但是在物料位置测量中应用比较广泛,开发并生产了一系列的雷达料位仪。由于原理相同,它在水文应用研究中很值得借鉴。1.4论文主要研究内容本文主要做FMCW雷达水位测量系统的设计,主要工作如下:1.本设计选用的FMCW雷达是IIⅡ10SenT公司生产的ⅣS.148雷达,根据雷达资料详细研究其原理以及控制接口,便于后期的电路设计。2.进行FMCw雷达测速和测距原理的研究,掌握提高FMCW雷达测速和测距精度方法。研究TMS320F2812这一DSP微处理器的内部结构、工作机理、开发流程。掌握DSP集成开发软件CCS(CodeComposerStudio)的使用。2.基于TMS320F2812的水文流量和水位测量实验平台的各模块的电路设计及TMS320F2812相关寄存器的配置及运行程序的编程(编程语言为C语言),具体:系统电源电路的设计,调频连续波发生电路设计,滤波电路设计,A/D转换电路、A,D保护电路和DSP数字信号处理电路设计,液晶屏显示模块的设计和JATG调试仿真接口的电路设计等。以及以上各模块电路的驱动程序的编写。4.FMCW雷达信号处理算法研究。运用A仍校正算法技术和FFT(快速傅里叶变换)算法对差频信号进行采集和处理,进行实验,得到实验结果并对结果进行分析。1.S论文结构本文主要结构安排如下:第一章:为绪论部分阐述本课题研究目的和意义,FMCw雷达的发展和应用以及该体制雷达的优缺点,并且简单介绍了雷达在水文测量中的国内外研究现状;第二章:FMCW雷达测距原理的介绍,对差频信号在时域和频域两个方面进行分析;第三章:水位测量系统的总体设计,详细介绍IVS.148的结构、性能和工作原理及过程,概述水位测量系统的波形发生器、信号处理模块和现场实时显示模块。4 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文第四章:波形发生器的硬件和软件设计,介绍锯齿波发生原理和软件编程实现锯齿波产生和输出。第五章:差频信号处理模块的设计,包括外部滤波放大电路和DSP内部的AD采样和FFT算法处理的设计。第六章:现场实时显示模块的硬件和软件设计。第七章:选择合适的环境测试设计的测量系统,得到测量结果并进行误差分析。第八章:总结和展望,总结论文所做的工作,并提出不足之处。5 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文6 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文第二章FMCW雷达测距的基本原理雷达通过发射频率在300MHZ~300GHZ范围内的电磁波(通常称为微波),根据发射波和被测目标反射后的回波的时延来测量天线到目标的距离【12】。电磁波在空气中的传播速度和光线在空气中的传播速度是一样的,约为3×108m/s。测量天线到被测河面的距离如下图所示,雷达发射微波到河面,然后经过反射回雷达,时间为t,由此天线距被测河面的距离R为,R=;印r(2一1)‘cD_电磁波在空气中的传播速度2.1FMCW雷达工作原理图2.1雷达测距原理Fig.2.1PrinciplesofradarFMCW雷达工作时发射天线产生连续的高频等幅波,信号的频率相对于时间按给定的调制波形变化。FMCW雷达有两种不同的调频方式:线性调频和非线性调频,非线性调频容易实现,但因为信号的非线性导致的频率的不唯一型而不能区分出距离不同的目标,无法应用于多目标场合。线性调频中,探测各个目标得到的差频信号的频率是相互独立的,可以轻易7 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文的区分出不同距离的目标。线性调频主要使用三角波调频和锯齿波调频。本测量系统使用IIllloSenT公司生产的ⅣS.148线性连续波雷达,该雷达可以产生频率以三角波或锯齿波规律变化的电磁波,可以通过程序控制雷达信号的频率变化波形。FMCW雷达的原理框图如图2.2所示。雷达天线图2.2FMCW雷达原理框图Fig.2.2P—ncjpleSofFMCWradarFMCW雷达工作过程:首先由电压调制电路产生三角或者锯齿调制电压并输入至VCO(压控振荡器)产生频率变化的电磁波,其输出频率在时间上按调制电压规律变化,天线发射出的电磁波经被测物体反射后产生回波,天线将该回波接收,回波信号和发射机直接耦合过来的信号在接收机混频器内混频后得到差频信号,再经过雷达传感器的前置放大和滤波电路处理并输出。从电磁波开始发射到目标,被目标反射,然后回到天线的这段时间内,雷达的发射频率已经发生了变化,因此在混频器的输出端便输出了差频电压。目标的距离、速度信息就包含在差频电压的频率里面【13】,而差频信号经过再一步滤波、放大、测频等后端处理后就可以通过距离计算公式得到被测目标的距离以及速度。2.2锯齿波调频测距原理本设计中测量水位使用锯齿波调频连续波,发射波信号、回波信号和差频信号的时间一频率关系如图2.3所示。假设调制波为理想的锯齿波㈣,其中实线F岫锄i。表示发射信号(的频率变化),虚线F他。。ivc则代表回波信号(的频率变化),锯齿波基频为岛,扫频带宽为B,信号调制周8 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文期为丁,回波信号与发射信号的时延为r,图中I勘表示差频信号的频率。为了表述方便,下文以f=r替代F胁。mit,以f.R替代F陀∞ivc。图2.3发射信号、回波信号和差频信号时间一频率Fig.2.2Time-舵quencydia鲫nofemissioIl,echoanddi航rentialsi印als假设由雷达天线发射的锯齿波调频信号频率为:不‰一j+B亍,D95丁雷达发射波信号的瞬时相位为:妒,co=%+知J:知=%+2石∽.匀,+松;,。垡丁妒。一发射波信号的初始相位由式(2—2)和(2—3)得发射波瞬时电压妒7'(t)为:Vr∥=吩c。s[伊。+2万∞.多),+柏訇,。9sr嵋一发射波信号的振幅发射波信号经过时间T得到的回波信号的频率为:矗‰一了+B二≠,D9s丁B(f-订时间延迟T为:2R印尺一河面到雷达天线的距离,co一电磁波在空气中的传播速度。回波信号的瞬时电压17R(t)为:(2—2)(2—3)(2—4)(2—5)(2—6) 万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文妇∥却。扣知㈤c卜力+桕销,碰nr沿7,喇僻篙翁础期’兰⋯删蝴。s卜函一争2柏和爿,Ⅸ丁∽9,因为T《丁,所以可以忽略丌B孚这一项,所以差频信号的瞬时电压场(c)为:场(D=%c。s[2柏;,+知∞.匀1fl,。99c2一·o,vDco=c。s【2松;什知函.匀1fl,。95丁c2一,-,岵(D=c。s【2桕;升知∽.匀刁,.∞
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