微波测距仪频率测量的方法设计与实现

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1、电子测量技术第３２卷第８期!"#$%&ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００９年８月微波测距仪频率测量的方法设计与实现曾文锋李申鹏田玉敏（武汉军械士官学校光电教研室武汉４３００７５）摘要：运用变闸门测频法对微波测距仪主振频率进行计数测量，采用两个计数器分别对标准频率信号的上升沿和下降沿计数，将２个计数结果进行算术平均作为修正后的计数结果，消除了对被测信号计数产生的±１个字的误差，减少了对标准频率脉冲计数存在的量化误差，测量精度与被测信号的频率无关。结合硬件电路和软件设计，实现了基于ＰＩＣ单片机的微波测距仪频率检

2、测系统，频率适用范围较宽，测量精度大大提高。实验结果证明该方法有效可靠。关键词：微波测距仪；频率测量；单片机中图分类号：ＴＭ９３１文献标识码：Ｂ犉狉犲狇狌犲狀犮狔犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犿犲狋犺狅犱犱犲狊犻犵狀犪狀犱犻犿狆犾犲犿犲狀狋犪狋犻狅狀狅犳犿犻犮狉狅狑犪狏犲狉犪狀犵犲狉犳犻狀犱犲狉ＺｅｎｇＷｅｎｆｅｎｇＬｉＳｈｅｎｐｅｎｇＴｉａｎＹｕｍｉｎ（ＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｔａｆｆＯｆｆｉｃｅ，ＷｕｈａｎＯｒｄｎａｎｃｅＮ．Ｃ．ＯＡｃａｄｅｍｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７５）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔ

3、ｈｏｄｏｆｃｈａｎｇｅａｂｌｅｓｔｒｏｂｅｉｓｃｈｏｏｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｎｇｅｒｆｉｎｄｅｒ，ｔｈｅｔｗｏｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｌａｖｅｒａｇｅａｒｅｕｓｅｄａｓｍｏｄｉｆｉｃａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｔｈａｔｔｈｅｔｗｏｃｏｕｎｔｅｒｓｔａｋｅｃｏｕｎｔｏｆｔｈｅｒｉｓｉｎｇａｎｄｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｌｙ．Ｔｈｅ±１ｅｒｒｏｒｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｕｎｔｉｎｇｉｓｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｂｙｃｏｕｎ

4、ｔｉｎｇｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｕｌｓｅｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．ＷｉｔｈｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｎｇｅｒｆｉｎｄｅｒｂａｓｅｄｏｎＰＩＣｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｓｏｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｉｍｐｒｏｖ

5、ｅｄｇｒａｅｔｌｙ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｃｒｅｄｉｂｌｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｎｇｅｒｆｉｎｄｅｒ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ频法、测周期法［２］，本文采用变闸门测频法。０引言直接测频法就是在标准闸门时间内，通过计数器记录微波测距仪是采用相位法测量两点距离的精密电子仪被测频率信号的脉冲个数。闸门时间通常由计数器对标器［１］，主要用于大地测量、地形测量等工程测量，具有全天候准频率源计数获

6、得，采用这种方法得到的被测频率的脉冲工作、自动化程度高、体积小、重量轻、测距精度高等优点。个数将存在±１个字引起的误差，如图１所示。但由于微波测距仪多工作在野外，恶劣的作业环境使仪器极易受损，尤其是频率信号不正常时会严重影响测量的精度，从而影响测量结果，因此对频率的精度检测非常重要。本文研究了利用单片机的定时计数器实现对两种微波测距仪的频率测量方法，可测量５ＭＨｚ和１．２５ＭＨｚ两种输出频率，精度可达０．１Ｈｚ。１频率测量方法现在大多利用单片机对频率进行精度测量。其基本图１直接测频法示意图方法是采用两个计数器，一个用来产生标准频率源，另一个

7、用于对被测频率信号的脉冲计数。在标准闸门时间内，测周期法是利用周期与频率互为倒数的关系，通过标准频分别对标准频率源及被测频率信号的脉冲计数，然后经过率信号在被测信号的一个周期内进行填充计数而获得被计算，得到被测频率信号的频率值。常用的方法是直接测测信号的频率值，如图２所示。此方法仍存在直接测频法·７１·第３２卷电子测量技术中±１个字的误差，而且当被测信号周期较小（即频率较合硬件和软件系统来实现。高）时，由±１引起的误差将还会增大。２．１硬件设计微波测距仪是利用高频测距，多数采用的主振频率是［５］。针对５ＭＨｚ和１．２５ＭＨｚ，５ＭＨｚ需进行

8、分频后测量上述频率的测量设计的硬件电路框图如图４所示。图２测周期法示意图要减小测量相对误差的一般方法是增大标频信号的频率犳和闸门时间犜，但单纯采用提高标频频率来提高精０度是有限的