專利名稱:被動式比相多卜勒短跑測速雷達(dá)的制作方法
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明是一種供體育運(yùn)動研究、教學(xué)和訓(xùn)練使用的實(shí)時化人體奔跑運(yùn)動速度測試方法及其裝置。
目前國內(nèi)外使用的人體奔跑運(yùn)動瞬時速度測試方法是高速攝影方法和分段光電管方法。高速攝影方法的缺點(diǎn)主要是測試結(jié)果獲取周期長，數(shù)據(jù)判讀計(jì)算工作量大，使用費(fèi)用高。分段光電管方法僅可測出區(qū)間平均速度，多運(yùn)動員測速時設(shè)備需占用跑道空間，性能較差。
近年來國內(nèi)外的電子工程界對主動式多卜勒雷達(dá)用于短跑測速先后進(jìn)行了一系列償試。實(shí)驗(yàn)表明，由于人體並非可視為剛體目標(biāo)，奔跑時人體各部位速度不一，雷達(dá)發(fā)射波與反射波混頻后所得的多卜勒信號為多個頻率成分混合的不規(guī)則復(fù)雜信號，用簡單體制的工作原理或簡單的信號處理方法已難以獲得精度上可供實(shí)用的測試結(jié)果。主動式雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)多路使用也比較困難。
本發(fā)明的目的在于指導(dǎo)設(shè)計(jì)出一種技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上易于實(shí)現(xiàn)的實(shí)時化多路化人體運(yùn)動測速裝置。
本發(fā)明的內(nèi)容是提出了以比相原理設(shè)計(jì)的被動式多卜勒雷達(dá)測速方法及其裝置。其信號獲得過程可簡述如下在被測運(yùn)動員身上佩帶一小型化高頻信標(biāo)發(fā)射機(jī)，在直跑道的起點(diǎn)延長線上和終點(diǎn)延長線上各架設(shè)一副高頻接收天線，兩副天線所接收的信號分別使用電纜輸入比相接收機(jī)。設(shè)運(yùn)動員所佩帶的發(fā)射機(jī)振盪頻率為f，對應(yīng)波長為λ，運(yùn)動員以速度v向前運(yùn)動時，由于多卜勒效應(yīng)，終點(diǎn)延長線上天線所接收的信號頻率變?yōu)閒+ (v)/(λ) ，起點(diǎn)延長線上天線所接收的信號頻率變?yōu)閒- (v)/(λ) ，兩副天線所接收的信號分別經(jīng)同軸電纜傳輸至比相接收機(jī)，比相接收機(jī)將信號分別放大后進(jìn)行相位比較，可提取出反映運(yùn)動員發(fā)射機(jī)佩帶部位瞬時速度的多卜勒信號fd＝ (2v)/(λ) 。
由更詳盡的理論方法可以推得多卜勒頻移的產(chǎn)生是由于佩帶在運(yùn)動員身上的發(fā)射機(jī)運(yùn)動使電波產(chǎn)品附加相移的結(jié)果。這個相移變化量與運(yùn)動員至兩接收天線間距離變化量之差成正比。因而等位移曲線是以兩接收天線坐標(biāo)為焦點(diǎn)的等距雙曲線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用比相原理來提取運(yùn)動員所佩帶發(fā)射機(jī)的多卜勒頻移，使發(fā)射機(jī)頻率不穩(wěn)定度對多卜勒信號精度的影響得以抵消。由公式fd＝ (2v)/(λ) ＝ (2fv)/(C) 知，多卜勒信號穩(wěn)定度與發(fā)射機(jī)頻率穩(wěn)定度相當(dāng)。信標(biāo)發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度既使僅為1×10-3時，比相接收機(jī)理論上仍可獲得0.1%的測速精度。如果信標(biāo)發(fā)射機(jī)是發(fā)射著心電等遙測信號的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，使用比相接收機(jī)甚至可以在不影響原有心電遙測系統(tǒng)工作的情況下，同時從心電發(fā)射機(jī)的高頻載波信號中提取出運(yùn)動員的運(yùn)動速度和位移信息。此外，被動式雷達(dá)測速多卜勒信號反映的是發(fā)射機(jī)的運(yùn)動速度，信號處理簡單，實(shí)現(xiàn)多路測速比較容易。將發(fā)射機(jī)置于運(yùn)動員腳部位置時，有可能測出運(yùn)動員奔跑的步長步頻等重要參數(shù)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式是設(shè)計(jì)使用同步變頻式比相接收機(jī)和小型化信標(biāo)發(fā)射機(jī)。
實(shí)施例如圖所示的被動式比相多卜勒短跑測速雷達(dá)，其接收機(jī)采用了由超外差接收技術(shù)和相位差法結(jié)合而設(shè)計(jì)的同步變頻式比相接收方案。圖中各部件的組成是(1)、(2)為高頻接收天線，(3)為運(yùn)動員佩帶的信標(biāo)發(fā)射機(jī)，(4)、(5)為高頻放大器，(6)、(7)為混頻器，(8)為本機(jī)振盪器，(9)、(10)為中頻濾波放大器，(11)為多卜勒信號混頻器及數(shù)字相位計(jì)，(12)為計(jì)算機(jī)接口。
權(quán)利要求
1.一種測試人體運(yùn)動速度的被動式多卜勒雷達(dá)方法及其裝置。其特征是采用比相原理來精確檢測佩有發(fā)射機(jī)運(yùn)動員的動態(tài)位移。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的測試人體運(yùn)動速度的被動式多卜勒雷達(dá)方法及其裝置，其特征是采用一對分別架設(shè)在兩處的兩副天線來接收運(yùn)動員沿兩天線布設(shè)方向的運(yùn)動信號，其中一副天線位于運(yùn)動接近方向上，另一副天線位于運(yùn)動遠(yuǎn)離方向上。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的測試人體運(yùn)動速度的被動式多卜勒雷達(dá)方法及其裝置，其特征是采用了由超外差接收技術(shù)和相位差法結(jié)合而設(shè)計(jì)的同步變頻式比相接收機(jī)。
專利摘要
這是一種供體育運(yùn)動研究、教學(xué)和訓(xùn)練使用的人體運(yùn)動測速雷達(dá)。它使用在運(yùn)動員身上佩帶發(fā)射機(jī)的方法，用比相接收機(jī)測出1-8名運(yùn)動員沿直線跑道方向上的一維速度。如果需要同時遙測運(yùn)動員的心電信號，比相接收機(jī)則可以直接從心電遙測發(fā)射機(jī)的高頻載波信號中提取出運(yùn)動員的速度和位移信息。因而，這是一種新的運(yùn)動速度測試方法及其裝置。
文檔編號G01S11/00GK86105773SQ86105773
公開日1987年2月25日 申請日期1986年7月21日
發(fā)明者易躍生 申請人:易躍生導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan