毫米雷达波测距传感装置的制作方法

[0001]
本发明涉及距离测量传感器设备技术领域，特别涉及一种毫米雷达波测距传感装置。


背景技术：

[0002]
毫米波雷达，是工作在毫米波波段（millimeter wave）探测的雷达。通常毫米波是指30～300ghz频域(波长为1～10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。
[0003]
毫米波雷达能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标；具有成像能力，体积小、机动性和隐蔽性好，高分辨力和高精度的毫米波雷达可用于测量目标与杂波特性。这种雷达一般有多个工作频率、多种接收和发射极化形式和可变的信号波形。目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。利用毫米波雷达，对于按比例缩小了的目标模型进行测量，可得到在较低频率上的雷达目标截面积。
[0004]
本发明提供了一种可以高精度地测量距离的毫米雷达波测距传感装置。


技术实现要素：

[0005]
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种毫米雷达波测距传感装置，包括壳体、信号连接端子以及设置在壳体内部的发射模块、天线、接收模块和信号处理器；所述信号连接端子固定在壳体表面；所述信号连接端子与信号处理器电性连接；所述发射模块用于发出毫米雷达波信号；所述接收模块与天线连接，所述接收模块用于接收被物体反射回来的毫米雷达波信号；所述信号处理器分别与发射模块和接收模块连接，所述信号处理器用于对毫米雷达波信号进行处理与分析，得到物体的距离数据。
[0006]
可选的，所述天线采用在pcb板上铺设开路的微带线形成的微带贴片天线。
[0007]
可选的，所述接收模块包括倍频器、第一带通滤波器、功率放大器、混频器、第二带通滤波器和低噪声放大器；所述倍频器的输入端连接电源l，倍频器的输出端与第一带通滤波器的输入端相连，第一带通滤波器的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与混频器的本振信号端相连，混频器的中频信号端口通过微波连接器输出信号给信号处理器，混频器的射频端口与第二带通滤波器一端相连，第二带通滤波器另一端与低噪声放大器的输出端相连，低噪声放大器的输入端通过信号接口连接天线。
[0008]
可选的，所述信号处理器包括成像模块和图像辨识模块，所述信号处理器连接有
扬声器，所述扬声器安装在壳体内，所述成像模块根据所述接收模块收到的毫米雷达波信号对反射毫米雷达波信号的物体进行动态成像；所述图像辨识模块通过对动态成像进行分析初步辨识物体类型，当经辨识判断为人且距离小于设定距离时，所述信号处理器控制扬声器发出预警信号。
[0009]
可选的，所述信号处理器连接有人员检测模块和扬声器，所述人员检测模块和扬声器安装在壳体内，所述人员检测模块与所述接收模块接收来自同一方向的信号；所述人员检测模块用于周边是否存在人员并传输至信号处理器，当发现周边存在人员且人员的距离小于设定距离时，所述信号处理器控制扬声器发出预警信号。
[0010]
可选的，所述壳体内设伺服扫描机构，所述伺服扫描机构包括伺服电机和调节器，所述伺服电机驱动调节器，所述伺服电机与信号处理器电性连接；所述调节器用于调节发射模块、天线和/或接收模块对物体进行扫描采集数据，所述信号处理器控制伺服电机以使得扫描速度满足以下条件：上式中，表示伺服扫描机构的扫描速度；表示毫米雷达波的波长；表示天线尺寸；表示积分时间；通过控制扫描速度提高动态成像的质量。
[0011]
可选的，所述信号处理器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器内设以下权值向量递推算法公式：上式中，表示经过自适应滤波器次修正后的权值向量；表示自适应滤波器的递推修正的次数；表示经过自适应滤波器次修正后的权值向量；表示毫米雷达波的波长；表示自适应滤波器的输入与输出的互相关向量；表示自适应滤波器输入的所述接收模块收到的毫米雷达波信号的自相关矩阵；所述接收模块收到的毫米雷达波信号通过上述自适应滤波器进行预处理， 以减少信号误差。
[0012]
可选的，所述信号处理器包括校正模块；所述校正模块根据所述接收模块收到的毫米雷达波信号的相邻谱线的位置和幅值，假定相邻谱线间距为1，谱线索引与真实谱线索引差值为，采用真实谱线索引为原点、谱线索引为横坐标和谱线幅值为纵坐标建立直角坐标系，通过以下公式计算谱线的索引差值：上式中，表示谱线索引与真实谱线索引差值；表示谱线索引的对应的幅值；表示谱线索引的对应的幅值；表示谱线索引的对应的幅值；、分别是谱线索引的前、后相邻谱线索引；
以计算得到的谱线索引与真实谱线索引差值对谱线索引进行校正。
[0013]
可选的，所述信号处理器采用以下公式计算物体的距离：上式中，表示物体的距离；表示毫米雷达波的波长；表示物体反射的毫米雷达波信号的多普勒频移；表示所述发射模块发出的毫米雷达波信号的多普勒频移；所述天线为两根，所述信号处理器采用以下公式计算物体的方位角度：上式中，表示物体的方位角度；表示毫米雷达波的波长；表示反正弦函数；表示两根天线同时接收到的物体反射的毫米雷达波信号在相位上相差；表示两根天线的相互距离；根据计算得到的物体距离与方位角度对物体进行定位。
[0014]
可选的，所述信号处理器连接有显示屏，所述显示屏嵌入在壳体表面；所述显示屏用于显示测量得到的距离数据。
[0015]
本发明提供了一种可以高精度地测量距离的毫米雷达波测距传感装置，该装置把发射模块、天线、接收模块和信号处理器集成在同一圆管形壳体内，壳体的一端设置与连接的信号连接端子，信号处理器通过信号连接端子可以将处理毫米雷达波得到的数据信号传送至连接的设备上，为连接的设备提供高精度的距离测量数据；该装置集成度高，体积小，使用安装方便。
[0016]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0017]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0018]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中一种毫米雷达波测距传感装置示意图；图2为本发明的毫米雷达波测距传感装置采用的接收模块实施例示意图。
具体实施方式
[0019]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种毫米雷达波测距传感装置，包括壳体、信号连接端子以及设置在壳体内部的发射模块10、天线20、接收模块30和信号处理器40；
所述信号连接端子固定在壳体表面；所述信号连接端子与信号处理器40电性连接；所述发射模块10用于发出毫米雷达波信号；所述接收模块30与天线20连接，所述接收模块30用于接收被物体反射回来的毫米雷达波信号；所述信号处理器40分别与发射模块10和接收模块30连接，所述信号处理器40用于对毫米雷达波信号进行处理与分析，得到物体的距离数据。
[0021]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：该装置把发射模块、天线、接收模块和信号处理器集成在同一壳体内，壳体的一端设置与连接的信号连接端子，信号处理器通过信号连接端子可以将处理毫米雷达波得到的数据信号传送至连接的设备上，为连接的设备提供高精度的的距离测量数据；该装置集成度高，体积小，使用安装方便。
[0022]
在一个实施例中，所述天线采用在pcb板上铺设开路的微带线形成的微带贴片天线；如图2所述，所述接收模块包括倍频器31、第一带通滤波器32、功率放大器33、混频器34、第二带通滤波器35和低噪声放大器36；所述倍频器31的输入端连接电源l，倍频器31的输出端与第一带通滤波器32的输入端相连，第一带通滤波器32的输出端与功率放大器33的输入端相连，功率放大器33的输出端与混频器34的本振信号端相连，混频器34的中频信号端口通过微波连接器输出信号给信号处理器40，混频器34的射频端口与第二带通滤波器35一端相连，第二带通滤波器35另一端与低噪声放大器36的输出端相连，低噪声放大器36的输入端通过信号接口连接天线20。
[0023]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的天线采用在pcb板上铺设开路的微带线形成的微带贴片天线，这样天线可以和信号处理器集成在同一块板上；接收模块倍频器、第一带通滤波器、功率放大器、混频器、第二带通滤波器和低噪声放大器，能够对接收到的毫米雷达波信号进行放大与滤波处理，可以提高灵敏度，增强抗干扰能力，降低信号处理的难度。
[0024]
在一个实施例中，所述信号处理器包括成像模块和图像辨识模块，所述信号处理器连接有扬声器，所述扬声器安装在壳体内，所述成像模块根据所述接收模块收到的毫米雷达波信号对反射毫米雷达波信号的物体进行动态成像；所述图像辨识模块通过对动态成像进行分析初步辨识物体类型，当经辨识判断为人且距离小于设定距离时，所述信号处理器控制扬声器发出预警信号，还可以设置闪光灯，在信号处理器的控制下发出闪光预警信号。
[0025]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过信号处理器中设置成像模块和图像辨识模块，对接收到的毫米雷达波信号进行动态成像和图像辨识，初步辨识物体类型，如果判断前方是人且人的距离小于设定距离时，所述信号处理器控制扬声器发出预警信号，在有闪光灯时发出闪光预警信号；以此方式可以提供一种保持社交距离的提醒设备，在应对发生某种可传染疾病或者会见有一定危险性的人时，可以提高佩戴者的人身安全性；若检测的对象为对人身有危害的某种植物或者有一定攻击性的动物时也可提高佩戴者的人身安全性。
[0026]
在一个实施例中，所述信号处理器连接有人员检测模块和扬声器，所述人员检测模块和扬声器安装在壳体内，所述人员检测模块与所述接收模块接收来自同一方向的信号；所述人员检测模块用于周边是否存在人员并传输至信号处理器，当发现周边存在人员
且人员的距离小于设定距离时，所述信号处理器控制扬声器发出预警信号。
[0027]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案提供了另一种保持安全距离的装置方案，该通过人员检测模块接收信号对人体进行识别的方案，以及前述通过信号处理器包括的成像模块和图像辨识模块进行成像分析辨识人体的方案可以是两个单独的人体辨识方案，也可以将两者进行组合使用，组合使用可以是两者进行结合得到判断结果，也可以用其中一个做出初步判断然后以另一个进行验证的方式得到判断结果，然后根据判断结果决定是否发出预警信号，以提醒佩戴者注意与他人的社交距离。
[0028]
在一个实施例中，所述壳体内设伺服扫描机构，所述伺服扫描机构包括伺服电机和调节器，所述伺服电机驱动调节器，所述伺服电机与信号处理器电性连接；所述调节器用于调节发射模块、天线和/或接收模块对物体进行扫描采集数据，所述信号处理器控制伺服电机以使得扫描速度满足以下条件：上式中，表示伺服扫描机构的扫描速度；表示毫米雷达波的波长；表示天线尺寸；表示积分时间；通过控制扫描速度提高动态成像的质量。
[0029]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置伺服扫描机构，该伺服电机和调节器，通过信号处理器控制伺服电机，以伺服电机驱动调节器，来对发射模块、天线和/或接收模块进行调节，从而采用毫米雷达波对物体进行扫描实时采集动态数据；通过设置上述扫描速度限制条件，保证采取的信号质量，从而提高以采集的信号生成的动态成像的质量，为后续数据分析提供良好基础。
[0030]
在一个实施例中，所述信号处理器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器内设以下权值向量递推算法公式：上式中，表示经过自适应滤波器次修正后的权值向量；表示自适应滤波器的递推修正的次数；表示经过自适应滤波器次修正后的权值向量；表示毫米雷达波的波长；表示自适应滤波器的输入与输出的互相关向量；表示自适应滤波器输入的所述接收模块收到的毫米雷达波信号的自相关矩阵；所述接收模块收到的毫米雷达波信号通过上述自适应滤波器进行预处理， 以减少信号误差。
[0031]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过对信号处理器设置自适应滤波器，以自适应滤波器内设采用上述权值向量递推算法公式对所述接收模块收到的毫米雷达波信号进行修正，从而减少信号误差，提高检测精度和可靠性；上述公式计算小，能耗低。
[0032]
在一个实施例中，所述信号处理器包括校正模块；所述校正模块根据所述接收模块收到的毫米雷达波信号的相邻谱线的位置和幅值，假定相邻谱线间距为1，谱线索引与真实谱线索引差值为，采用真实谱线索引为原点、谱线索引为横坐标和谱线幅值为纵坐
标建立直角坐标系，通过以下公式计算谱线的索引差值：上式中，表示谱线索引与真实谱线索引差值；表示谱线索引的对应的幅值；表示谱线索引的对应的幅值；表示谱线索引的对应的幅值；、分别是谱线索引的前、后相邻谱线索引；以计算得到的谱线索引与真实谱线索引差值对谱线索引进行校正。
[0033]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置校正模块，在校正模块内置算法，通过建立坐标系，以算法对米雷达波信号的谱线进行分析与计算，以上述公式计算得到米雷达波信号谱线的索引差值，用于对米雷达波信号进行校正，提高毫米雷达波信号的精度，从而提高装置的测量精度。
[0034]
在一个实施例中，所述信号处理器采用以下公式计算物体的距离：上式中，表示物体的距离；表示毫米雷达波的波长；表示物体反射的毫米雷达波信号的多普勒频移；表示所述发射模块发出的毫米雷达波信号的多普勒频移；所述天线为两根，所述信号处理器采用以下公式计算物体的方位角度：上式中，表示物体的方位角度；表示毫米雷达波的波长；表示反正弦函数；表示两根天线同时接收到的物体反射的毫米雷达波信号在相位上相差；表示两根天线的相互距离；根据计算得到的物体距离与方位角度对物体进行定位。
[0035]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案中物体的距离指物体与毫米雷达波测距传感装置之间的距离；该装置不但对物体的距离进行测量，还提供对物体的方位角度进行测量，并将两者结合，形成对物体的精确定位；可以方便地使用于各种移动设备如汽车、飞行器和轮船等方面，提高其智能性；还可以用于手机、智能手表和耳机等可佩戴设备上。
[0036]
在一个实施例中，所述信号处理器连接有显示屏，所述显示屏嵌入在壳体表面；所述显示屏用于显示测量得到的距离数据。另外还可以在壳体内设置电池、存储器和计时器，且三者都与信号处理器连接，电池用于给装置各电子器件提供电源，计时器用于记录时间。
[0037]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置显示屏，用于显示测量数据，实现了数据的可视化；还可以通过在壳体内设置电池、存储器和计时器，以电池给装置各电子器件提供电源，提高装置的单独携带使用功能，存储器可以用于存储测量与计算
结果数据，计时器用于记录时间。
[0038]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。