专利名称：可控脉冲调宽测量法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明提出的可控脉冲调宽测量法及其装置属于利用脉冲测量运动目标的运动参数领域。
在实践中，尤其是在各种运载工具的导航中，对运动目标的运动参数(距离、速度)实时测量是非常必要的，因此有关的测量方法应运而生。目前看来，有关此方面的现有技术从原理上基本可以分两大类，一类是“脉冲测量法”或“时间间隔测量法”，另一类是“相干测量法”。
“脉冲测量法”是利用发射脉冲与目标反射脉冲的时间差(△t)导出运动目标的运动状态参数。随着生产实践的发展，特别是测量系统智能化的要求提出以后，采用此方法的系统在近距(一千米以下)测量时，由于系统内部时间计数器的功能支持不上，此方法的应用范围一般为1千米以上，以电磁波做为测量媒介时，当测量距离小于1千米和系统精度控制在0.01时随测量距离的减少系统的计时开关频率迅速增高。当开关频率固定时，系统的计时量化误差决定的测距相对精度迅速下降。虽然“脉冲测量法”的原理和结构都比较简单，但是其近距离测量功能受到器件条件的限制。
“相干测量法”是利用波的“相干性”通过发射波与反射波的相位干涉条纹对运动目标的运动参数进行测量，此方法测量精度非常高，但测量的适用范围仅在毫米量级，且实时性差，虽然利用激光源的相干法测量从原理上可达几百米以上，但这时的相位比较系统原则上将复杂得实际上难以实现。
综上所述，从原理上分析，由于器件工作速度、发射脉冲宽度、系统对△t识别和系统对相干条纹的计数量等限制的诸多因素的影响，使得“脉冲测量法”和“相干测量法”的测量精度和测量范围实际上受到了限制。为了扩大测量范围和提高测量精度人们做了许多努力。
例如日本的特许公开JP-平2-45790的发明就是利用波的相干叠加原理，在发光源上做了一些改进，利用被矩形波调制的单一竖式半导体激光器发出激光，此光束分为两束，一束激光经延迟上述的调制频率的1/2周期后与另一束光结合，然后发出可以控制脉冲宽度的激光脉冲，一方面减小了装置的体积，另一方面激光良好的相干性而使得系统的测量范围增至1米左右，然而这并不能从根本上扩大测量范围和提高实时测量精度。
从上述的现有技术看特别应当指出，至今为止无论“脉冲测量法”还是“相干测量法”都是利用脉冲宽度固定的方法，从原理上看这是问题关键所在。
本发明的目的是提出一种新的测量运动目标的运动参数的方法及其装置，该新方法及其装置能够实际上扩大测量范围和提高测量精度。
本发明的方法的基本原理是利用可控脉冲调宽测量，也就是放弃了用传统的脉冲宽度固定的方法，采用了脉冲宽度变化或可控脉冲调宽测量的新思路，更具体的说，本和明方法的特征在于利用发射一系列不同宽度的脉冲，通过发射调制脉冲与接收脉冲包络的相位比较确定运动目标的运动参数。
一种根据本方法的测量运动目标的运动参数的装置主要包括单片机系统，由该单片机系统控制的函数(1)发生器和函数(2)发生器，用于接受反射信号的接受装置和相位比较装置，与上述单片机系统连接的硬件译码装置和参数显示装置，以及伺服机构和电源。
本发明提出的测量方法及其装置结合附图进行详细说明。
图1函数(1)的波形图;
图2本发明采用的调制的波形图;
图3本发明的发射和接收的波形图;
图4实施本发明的方法的装置的示意图;
图5实施本发明的方法的软件流程图。
本发明的测量方法的原理如下，发射可用下列公式表达一函数
其中，K＝1，2，3，…，Wj为步进变量，j＝1，2，3…，t的取值范围0≤t≤2nπ/Wj，n＝1，2，3，…，当n＝1时，对应于不同的步进为量Wj，函数(1)的图象如图1所示，其中λj为步进变量Wj所对应的波长。
另一函数UO(t)＝Acos(WOt+φO)……(2)
WO＞＞Wjmax当函数(2)受到函数(1)的正半周调制时，就有如图2所示的脉冲图象，此脉冲为发射脉冲。
装置工作时发射如图2所示的脉冲信号，该脉冲信号与测量目标作用反射回来，比较反射脉冲信号包络线与函数(1)的负半周的相位，若出现图3所示的情况，便可以确定目标到发出信号位置之间距离为λj×1／4。在测量过程中，对某一运动目标，装置可根据需要发射j个捕捉脉宽进行确定，并重复几次，确定完成后将装置内予置与Wj相对应的λj×1／4值调出用于确定测量距离。
另外，当j足够大时，可用于固定目标的测量。当装置测得λj×1／4之后，随着测量过程的进行，其它数据(速度等)的处理方式可用计算机运算或直接测量(利用多普勒频移)得到。当j很少时，可利用有限的捕捉点通过函数(1)、(2)的多普勒频移确定运动目标的全部运动参数。装置工作时，其调制控制函数(1)的开关频率为106HZ量级，对于百公里／小时的运动目标多普勒效应可以忽略，对于高速运动的目标需要进行多普勒校正。
能够实施本测量方法的装置的示意图如图4所示。
单片机系统的规模应根据不同系统的要求确定，单片机系统控制函数(1)发生器和函数(2)发生器，发生测量脉冲，达到运动目标后反射回来的信号由接收装置接收，与发射信号一同输入到相位比较器PD比较相们差，并把比较结果送回单片机系统进行处理，之后通过硬件译码装置并在参数显示装置上显示其结果。伺服机构可以得到动作输出命令，电源DC用于供电。
该装置各部份采用的具体型号为单片机系统8751等，接口扩展8155等，程序存储器扩展2732等，数据存储扩展6264等；函数(1)发生器NE564,XR-S200等；函数(2)发生器半导体或固体激光器、微波振荡器发射器、超声振荡器发射器；相位比较器MC12040，MC1496等；接受装置光电转换器、微波天线、声纳接收器；
硬件译码装置74LS47×n；参数显示装置数码管等。
实施本方法的软件流程示意图如图5所示，包括以下步骤A将Wj变量码输入到函数(1)发生器；B相位比较器PD输出符合中断条件时确认；C确认完成将显示码写入显示译码器，同时向伺服机构发出命令；D回到A(或根据多普勒效应求运动参数)E将运动参数显示码输入显示译码器；F向图形发生器输入数据(提供屏幕显示)；G回到A或D。
本发明的方法及其装置与现有技术相比具有以下的优点1如表1指出的，本发明的方法及其装置的系统支持计时开关频率远低于脉冲测量法；2本发明的方法的测量范围在现有国产器条件下为1米至1千米，实际上填补了“脉冲测量法”和“相干测量法”的“盲区”；3本发明的方法及其装置测量精度由位相比较器的精度唯一的确定，无量化误差，因此测量精度高；4本发明的方法采用的装置相对简单，成本低；5易与计算机联网，实现自动化处理。
表1
系统精度0.01电磁波做媒介
权利要求
1.一种测量运动目标的运动状态参数的脉冲测量方法，该测量方法是通过发射脉冲和接收脉冲之间的差别实现的，其特征在于，采用一种可控脉冲调宽的测量法，即发射一系列不同宽度的脉冲，通过发射调制脉冲与接收脉冲包络的相位比较确定运动目标的运动状态参数。
2.按着权利要求1所述的可控脉宽测量方法，其特征在于，发射的一系列不同宽度的脉冲是由函数(1)的正半周调制的函数(2)所产生的，这两个函数分别为
UO(t)＝Acos(WOt+φO)……(2)
3.一种根据权利要求1所述的方法测量运动目标的运动参数的装置，其特征在于，该装置主要包括单片机系统，由该单片机系统控制的函数(1)发生器和函数(2)发生器，用于接受反射信号的接受装置和相位比较器，与上述单片机系统连接的硬件译码装置和参数显示装置，以及伺服机构和电源。
全文摘要
本发明提出的可控脉冲调宽测量法及其装置属于利用脉冲测量运动目标的运动参数领域。本方法要解决现有测量方法中实际上存在的测量范围“盲区”和测量精度不高的不足。本发明的方法发射一系列不同宽度的脉冲(可控脉冲调宽)通过发射调制脉冲和接收脉冲包络的相位比较确定运动目标的状态参数。本装置主要包括单片机，函数(1)、(2)发生器，相位比较器、硬件译码装置和参数显示装置等。本方法和装置用于1米—1千米的运动目标的运动参数。
文档编号G01S13/50GK1093468SQ9310395
公开日1994年10月12日 申请日期1993年4月7日 优先权日1993年4月7日
发明者杨超英 申请人:杨超英