一种隧道安全距测量的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种隧道安全距测量的方法及系统，所述方法是基于调频连续波来完成隧道深度测量的方法，包括如下步骤：频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，线性调频信号一路经过放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经低噪放后到混频器，混频出差拍信号，经低通特性滤波和放大后经A/D转换器采样送到数字信号处理器，数字信号处理器完成对差拍信号的去直流分量、窗函数加权、FFT处理、求模值、CFAR检测、数据处理及解算出目标距离后送终端显示。还包括一种系统，包括频率合成器，功率放大器，接收天线，混频器，低通滤波模块，基带放大电路，A/D转换器及数字信号处理器。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道安全距测量的方法及系统
本专利技术涉及一种雷达测量技术，特别是一种隧道安全距测量的方法及系统。
技术介绍
安全步距测试设备是一种用于隧道施工过程中测量隧道深度的一种设备，市场中用于测量隧道深度的设备一般是红外或激光测试设备。隧道施工过程中灰尘较大，红外或激光容易受到干扰，导致测距不准，为了克服红外、激光的缺点。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的主要目的是提供一种隧道安全距测量的方法及系统。其技术方案是：一种隧道安全距测量的方法，是基于调频连续波来完成隧道深度测量的方法，所述方法包括如下步骤：频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，线性调频信号一路经过放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经低噪放后到混频器，混频出差拍信号，经低通特性滤波和放大后经A/D转换器采样送到数字信号处理器，数字信号处理器完成对差拍信号的去直流分量、窗函数加权、FFT处理、求模值、CFAR检测、数据处理及解算出目标距离后送终端显示。进一步地，所述A/D转换器采集直流信号，并经过去除直流分量，具体步骤包括根据采集的直流目标信号正弦信号叠加的特性，求取所有目标信号值的平均值，然后再用目标信号至减这个平均值。进一步地，所述求模值通过公式求出复数数据的模值。进一步地，所述数据处理用滞后滤波算法，按公式处理Yn＝Yn-1+(Xn-Yn-1)×A。其中：Yn为当前数据输出值，Yn-1为前一次数据输出值，Xn为当前时刻测量值，A系数，A取0.01。本专利技术还提供了一种隧道安全距测量系统，包括频率合成器，用于在基准信号源作用下产生线性调频信号；功率放大器，将产生的线性调频信号经过放大后由发射天线发射出去；接收天线，用于接收测量目标反馈的高频电磁波；混频器，用于接收经过功率放大器一放大的线性调频信号并耦合作为本振信号；或，用于接收经低噪放后的高频电磁波，混频出差拍信号；低通滤波模块，用于将差拍信号进行调制，使高频信号进行阻隔；基带放大电路，用于将调制后的差拍信号进行放大；A/D转换器，采集经功率放大器二放大后的差拍信号，并输送至数字信号处理器；数字信号处理器，用于对差拍信号的去直流分量、窗函数加权、FFT处理、求模值、CFAR检测、数据处理及解算出目标距离后送终端显示。进一步地，所述频率合成器内设置有锁相环电路，该锁相环电路用于产生线性调频信号。进一步地，所述锁相环电路设置有25MHz的时钟模块，所述时钟模块为锁相环提供基准频率。进一步地，所述低通滤波模块包括基带SFC电路以及基带放大电路，所述基带SFC电路采用C、R高通滤波电路，其中，C输出端作为低通滤波器，R输出端作为高通滤波器，所述C、R高通滤波电路用于将差拍信号进行调制，使高频信号进行阻隔，所述基带放大电路用于将调制后的差拍信号进行放大。进一步地，还包括电源模块，所述电源模块内设置有低压差线性稳压器以及DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于将把12V直流电源输入转变成5V直流电源，所述低压差线性稳压器用于将5V直流电源输入产生产品所需的模拟和数字+3.3V电源。进一步地，还包括网络接口模块，所述网络接口模块采用uart转网口模块实现网络接口。本专利技术使用24GHz毫米波的24GHz～24.25GHz频段，采用调频连续波体制(FMCW)来完成隧道深度测量。一般毫米波是指波长介于1～10mm之间的电磁波，其带宽大，分辨率高，天线部件尺寸小，能适应恶劣环境，灰尘、雾、雨、雪等环境不影响使用。毫米波雷达具有重量轻、体积小和全天候等特点，本设计中使用频率连续波雷达测距原理完成隧道深度的检测。附图说明图1为本专利技术的框架结构示意图；图2为本专利技术中锁相环电路的电路图；图3为本专利技术中时钟模块的电路图；图4为本专利技术中基带SFC电路的电路图；图5为本专利技术中基带放大电路的电路图；图6为本专利技术中DC/DC转换器的电路图；图7为本专利技术中低压差线性稳压器的电路图；图8为本专利技术中网络接口模块的电路图；图9为本专利技术中CFAR算法流程图；图10为本专利技术中发射信号及差拍频率和时间关系图。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。参照图1，本专利技术提供了一种隧道安全距测量系统，包括频率合成器，用于在基准信号源作用下产生线性调频信号；功率放大器，将产生的线性调频信号经过放大后由发射天线发射出去；接收天线，用于接收测量目标反馈的高频电磁波；混频器，用于接收经过功率放大器放大的线性调频信号并耦合作为本振信号；或，用于接收经低噪放后的高频电磁波，混频出差拍信号；低通滤波模块，用于将差拍信号进行调制，使高频信号进行阻隔；基带放大电路，用于将调制后的差拍信号进行放大；A/D转换器，采集经功率放大器二放大后的差拍信号，并输送至数字信号处理器；数字信号处理器，用于对差拍信号的去直流分量、窗函数加权、FFT处理、求模值、CFAR检测、数据处理及解算出目标距离后送终端显示。参照图2，所述频率合成器内设置有锁相环电路，该锁相环电路用于产生线性调频信号。参照图3，所述锁相环电路设置有25MHz的时钟模块，所述时钟模块为锁相环提供基准频率。参照图4及图5，所述低通滤波模块包括基带SFC电路以及基带放大电路，所述基带SFC电路采用C、R高通滤波电路，其中，C输出端作为低通滤波器，R输出端作为高通滤波器，所述C、R高通滤波电路用于将差拍信号进行调制，使高频信号进行阻隔，所述基带放大电路用于将调制后的差拍信号进行放大。参照图6及图7，还包括电源模块，所述电源模块内设置有低压差线性稳压器以及DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于将把12V直流电源输入转变成5V直流电源，所述低压差线性稳压器用于将5V直流电源输入产生产品所需的模拟和数字+3.3V电源。参照图8，还包括网络接口模块，所述网络接口模块采用uart转网口模块实现网络接口。参照图10，线性调频连续波雷达利用对发射信号的调制，通过测量差拍频率来测量距离，习惯称之为差拍傅里叶体制。通常简单的线性调频波形为三角波调制和锯齿波调制。三角调制波形即顺序发射正调频斜率和负调频斜率两种信号，锯齿波调制为一般的三角波调制形式，采用正调频斜率或者负调频斜率，一般采用正调频斜率。雷达发射信号f0用实线表示，虚线为电磁波碰到目标后的返回信号，发射信号和回波信号经过直接混频后，产生对应目标距离的回波信号，三角波调制的发射波形公式如下：f+(t)＝f0+B/2+μt--上调频发射信号频率公式f-(t)＝f0+B/2-μt--下调频发射信号频率公式其中：f0为载频，μ＝B/厂为调频斜率，t为时间，B为信号带宽，T为调制周期。线性调频连续波雷达混频器输出的差拍信号是包含目标信息的唯一信号，因此，为获得差拍信号，调制后的发射信号分为两路，一路由天线向空间辐射，另一路则通过频率合成器或功放耦合到混频器作为本振信号，这样，回波信号可看成本振信号的延迟，回波信号与本振信号混频后得到差拍信号：f+＝μτ-fdf-＝μτ+fd其中：f+为正扫频段拍频；f-为负扫频段拍频；fd为目标的多普勒频率；τ为回波延时。由以上两式可以解出回波延时及多普勒频率，从而求出目标的距离和速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道安全距测量的方法，是基于调频连续波来完成隧道深度测量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，线性调频信号一路经过放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经低噪放后到混频器，混频出差拍信号，经低通特性滤波和放大后经A/D转换器采样送到数字信号处理器，数字信号处理器完成对差拍信号的去直流分量、窗函数加权、FFT处理、求模值、CFAR检测、数据处理及解算出目标距离后送终端显示。

【技术特征摘要】
1.一种隧道安全距测量的方法，是基于调频连续波来完成隧道深度测量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，线性调频信号一路经过放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经低噪放后到混频器，混频出差拍信号，经低通特性滤波和放大后经A/D转换器采样送到数字信号处理器，数字信号处理器完成对差拍信号的去直流分量、窗函数加权、FFT处理、求模值、CFAR检测、数据处理及解算出目标距离后送终端显示。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A/D转换器采集直流信号，并经过去除直流分量，具体步骤包括根据采集的直流目标信号正弦信号叠加的特性，求取所有目标信号值的平均值，然后再用目标信号至减这个平均值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求模值通过公式求出复数数据的模值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据处理用滞后滤波算法，按公式处理Yn＝Yn-1+(Xn-Yn-1)×A。其中：Yn为当前数据输出值，Yn-1为前一次数据输出值，Xn为当前时刻测量值，A系数，A取0.01。5.一种隧道安全距测量系统，其特征在于，包括频率合成器，用于在基准信号源作用下产生线性调频信号；功率放大器，将产生的线性调频信号经过放大后由发射天线发射出去；接收天线，用于接收测量目标反馈的高频电磁波；混频器，用于接收经过功率放大器一放大的线性调频信号并耦合作为本振信号；或，用于接收经低噪放后的高频电磁波，混...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚剑飞，郑志刚，谷雨旺，程一曼，严学文，张稳稳，
申请(专利权)人：陕西明锐信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61