一種紅外毫米波測(cè)距設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外毫米波測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外毫米波測(cè)距設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]科技的發(fā)展使得各個(gè)領(lǐng)域?qū)Π踩婪对絹?lái)越重視，尤其是在防止目標(biāo)入侵方面，人們的監(jiān)控需求已經(jīng)并不僅僅局限于監(jiān)控是否有待監(jiān)控目標(biāo)入侵，而是需要精確監(jiān)控到監(jiān)控目標(biāo)距離安全區(qū)域的具體距離值。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了距離檢測(cè)技術(shù)，例如，超聲波測(cè)距、激光測(cè)距、毫米波測(cè)距、紅外測(cè)距等。上述各種距離檢測(cè)技術(shù)各有利弊，分析如下:(1)超聲波測(cè)距:雖然超聲波在長(zhǎng)距離和短距離條件下均能很好的進(jìn)行傳輸和反射，但是，由于超聲波容易受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，因此，一般適用于短距離測(cè)量領(lǐng)域。(2)激光測(cè)距技術(shù):雖然具有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于對(duì)工作環(huán)境和載體的穩(wěn)定性等有比較苛刻的要求，因此，一般適用于工作環(huán)境比較穩(wěn)定的長(zhǎng)距離測(cè)量。(3)毫米波測(cè)距技術(shù):雖然具有探測(cè)性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性能好以及測(cè)量距離信息精確等優(yōu)點(diǎn)，但在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中，與激光相比，毫米波損耗較大、回波較微弱，因此，一般適用于幾米到幾百米的中短距離測(cè)量。(4)紅外測(cè)距:雖然可以精確的測(cè)量物體的方位角度信息，但是測(cè)量距離信息的誤差相對(duì)較大。
[0004]在一些特殊領(lǐng)域，需要對(duì)入侵目標(biāo)的距離信息以及距離檢測(cè)臺(tái)的方位角度信息進(jìn)行全面監(jiān)控，然后才能對(duì)入侵目標(biāo)采取一系列防范措施，將損失降到最小。而以上各種距離檢測(cè)技術(shù)，無(wú)法應(yīng)用于遠(yuǎn)距離、工作環(huán)境比較苛刻的條件下精確測(cè)量侵入目標(biāo)的距離、角度雙重位置信息，具有較大的使用局限性。
[0005]因此，同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離精確的測(cè)量目標(biāo)的距離信息和角度信息存在很大的難度，探索一種在遠(yuǎn)距離、工作環(huán)境比較苛刻的條件下精確測(cè)量侵入目標(biāo)的距離、角度雙重位置信息的新方法具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種紅外毫米波測(cè)距設(shè)備及方法，可以在工作環(huán)境經(jīng)常變動(dòng)等不穩(wěn)定狀態(tài)下，快速、高精度、遠(yuǎn)距離測(cè)量目標(biāo)的距離和角度雙重位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效監(jiān)控。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明還提供一種紅外毫米波測(cè)距設(shè)備，包括:紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)、毫米波測(cè)距子系統(tǒng)以及控制主機(jī)；所述控制主機(jī)分別與所述紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)和所述毫米波測(cè)距子系統(tǒng)連接；
[0009]其中，所述毫米波測(cè)距子系統(tǒng)包括毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊、合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊、有源相控陣收發(fā)組件、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和顯示模塊；所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊與所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊雙向通信連接，所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊與所述有源相控陣收發(fā)組件雙向通信連接，所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊的輸出端與所述顯示模塊連接；另外，所述控制主機(jī)的一端與所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊雙向通信連接，所述控制主機(jī)的另一端與所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雙向通信連接，所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出端與所述有源相控陣收發(fā)組件連接；
[0010]所述紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)包括:紅外鏡頭、擺鏡、凝視型紅外面陣探測(cè)器、視頻處理及顯示系統(tǒng)和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；在所述擺鏡的前方固定安裝所述紅外鏡頭，在所述擺鏡的后方固定安裝所述凝視型紅外面陣探測(cè)器；所述凝視型紅外面陣探測(cè)器的輸出端與所述視頻處理及顯示系統(tǒng)的輸入端連接；所述控制主機(jī)的一端與所述視頻處理及顯示系統(tǒng)雙向通信連接，所述控制主機(jī)的另一端與所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雙向通信連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出端與所述擺鏡連接，用于控制所述擺鏡的掃描運(yùn)動(dòng)。
[0011]優(yōu)選的，所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，均包括:電機(jī)、電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、滯環(huán)電流控制器、三相整流電路、功率放大電路和DSP控制豐旲塊;
[0012]所述三相整流電路的輸出端與所述功率放大電路的第一輸入端連接，所述功率放大電路的輸出端與所述電機(jī)的輸入端連接；
[0013]所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸入端與所述電機(jī)連接，所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸出端與所述DSP控制模塊的輸入端連接，所述DSP控制模塊的輸出端連接到所述滯環(huán)電流控制器的第一輸入端；
[0014]所述電流檢測(cè)模塊的輸入端與所述電機(jī)連接，所述電流檢測(cè)模塊的輸出端連接到所述滯環(huán)電流控制器的第二輸入端；
[0015]所述滯環(huán)電流控制器的輸出端反饋連接到所述功率放大電路的第二輸入端。
[0016]優(yōu)選的，所述有源相控陣收發(fā)組件包括η個(gè)收發(fā)單元，分別記為:收發(fā)單元1、收發(fā)單元2...收發(fā)單元η ;其中，η為自然數(shù)；
[0017]對(duì)于任意的收發(fā)單元i，i e (1，2...η)，均包括:天線1、收發(fā)組件i和程控開(kāi)關(guān)控制模塊i ;其中，收發(fā)組件i包括第i_l發(fā)射/接收模塊和第i_2發(fā)射/接收模塊；程控開(kāi)關(guān)控制模塊i的第一端通過(guò)第i_l發(fā)射/接收模塊與天線i進(jìn)行雙向通信連接，程控開(kāi)關(guān)控制模塊i的第二端通過(guò)第i_2發(fā)射/接收模塊與天線i進(jìn)行雙向通信連接，程控開(kāi)關(guān)控制模塊i的第三端與合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊雙向通信連接。
[0018]優(yōu)選的，所述有源相控陣收發(fā)組件所包括的各個(gè)收發(fā)單元具有不同的發(fā)射功率。
[0019]本發(fā)明還提供一種紅外毫米波測(cè)距方法，包括以下步驟:
[0020]S1，控制主機(jī)同時(shí)控制紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)和毫米波測(cè)距子系統(tǒng)工作，一方面，驅(qū)動(dòng)紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)搜索檢測(cè)目標(biāo)，并接收所述紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)檢測(cè)到的各個(gè)檢測(cè)目標(biāo)的方位值；另一方面，驅(qū)動(dòng)毫米波測(cè)距子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)搜索檢測(cè)目標(biāo)，并接收所述毫米波測(cè)距子系統(tǒng)檢測(cè)到的各個(gè)檢測(cè)目標(biāo)的距離值；
[0021]S2，控制主機(jī)對(duì)接收到的各個(gè)檢測(cè)目標(biāo)的方位值和距離值進(jìn)行整合，得到同一檢測(cè)目標(biāo)的方位值和距離值。
[0022]優(yōu)選的，S1中，控制主機(jī)驅(qū)動(dòng)紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)搜索檢測(cè)目標(biāo)，并接收所述紅外測(cè)方位角度子系統(tǒng)檢測(cè)到的各個(gè)檢測(cè)目標(biāo)的方位值，具體為:
[0023]S1.1，紅外鏡頭接收搜索區(qū)域中各個(gè)物體所發(fā)出的紅外線；
[0024]S1.2，控制主機(jī)按控制策略向第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送控制指令，進(jìn)而通過(guò)第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制擺鏡對(duì)紅外鏡頭所接收到的紅外線進(jìn)行周期性掃描；
[0025]S1.3，凝視型紅外面陣探測(cè)器不斷對(duì)所述擺鏡掃描到的紅外線進(jìn)行成像操作，得到多個(gè)檢測(cè)目標(biāo)圖像；
[0026]S1.4，控制主機(jī)控制視頻處理及顯示系統(tǒng)，使其實(shí)時(shí)獲取所述凝視型紅外面陣探測(cè)器得到的檢測(cè)目標(biāo)圖像，對(duì)獲取到的多個(gè)檢測(cè)目標(biāo)圖像進(jìn)行視頻拼接處理，將多點(diǎn)檢測(cè)目標(biāo)同時(shí)顯示在一個(gè)屏幕上；同時(shí)，通過(guò)對(duì)獲取到的多個(gè)檢測(cè)目標(biāo)圖像進(jìn)行分析，得到各個(gè)檢測(cè)目標(biāo)的方位值。
[0027]優(yōu)選的，S1中，控制主機(jī)驅(qū)動(dòng)毫米波測(cè)距子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)搜索檢測(cè)目標(biāo)，并接收所述毫米波測(cè)距子系統(tǒng)檢測(cè)到的各個(gè)檢測(cè)目標(biāo)的距離值，具體為:
[0028]S1-1，當(dāng)需要搜索目標(biāo)區(qū)域時(shí)，控制主機(jī)同時(shí)向毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊和第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)，控制主機(jī)向毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊發(fā)送第一控制參數(shù)，向第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送第二控制參數(shù)；
[0029]S1-2，所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)所述第二控制參數(shù)控制有源相控陣收發(fā)組件旋轉(zhuǎn)；
[0030]所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊根據(jù)所述第一控制參數(shù)產(chǎn)生毫米波，并將產(chǎn)生的所述毫米波發(fā)送到合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊；
[0031]S1-3，所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊根據(jù)測(cè)距需要，計(jì)算出發(fā)射波的功率值，設(shè)該功率值為X ;然后，基于功率X值確定需選取的收發(fā)單元個(gè)數(shù)，設(shè)為m ;其中，m < η ;
[0032]然后，從η個(gè)收發(fā)單元中選取m個(gè)收發(fā)單元，該m個(gè)收發(fā)單元的發(fā)射功率和即為m，m個(gè)收發(fā)單元組成功率值為X的合成網(wǎng)絡(luò)；
[0033]然后，合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊將接收到的毫米波復(fù)用給合成網(wǎng)絡(luò)中的m個(gè)收發(fā)單元，m個(gè)收發(fā)單元分別對(duì)毫米波進(jìn)行功率放大處理，然后在空間疊加合成，即得到功率值為X的發(fā)射波，然后，向外發(fā)射該發(fā)射波；
[0034]S1-4，所發(fā)射的發(fā)射波遇物體后形成反射回波，所述反射回波通過(guò)有源相控陣收發(fā)組件被所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊接收；
[0035]所述合成網(wǎng)絡(luò)控制模塊將接收到的反射回波傳輸給所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊；
[0036]S1-5，所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊對(duì)接收到的反射回波進(jìn)行信號(hào)處理，得到本次探測(cè)到的檢測(cè)目標(biāo)的距離值；
[0037]S1-6，所述毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊將所述距離值顯示到顯示模塊。
[0038]優(yōu)選的，所述第一控制參數(shù)為毫米波發(fā)射及信號(hào)處理模塊發(fā)射毫米波的發(fā)射頻率值；所述第二控制參數(shù)為第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的初始轉(zhuǎn)速值。
[0039]優(yōu)選的，S1-3中，對(duì)于m個(gè)收發(fā)單元所組成的合成網(wǎng)絡(luò)，m個(gè)收發(fā)單元中的任意一個(gè)收發(fā)單元j，包括:天線1、收發(fā)組件i和程控開(kāi)關(guān)控制模塊i，其中，收發(fā)組件i包括第i_l發(fā)射/接收模塊和第i_2發(fā)射/接收模塊；
[0040]采用以下工作模式:
[0041]在程控開(kāi)關(guān)控制模塊i的控制下，控制第i_l發(fā)射/接收模塊為發(fā)射狀態(tài)，記為發(fā)射單元，控制第i_2發(fā)射/接收模塊為接收狀態(tài)，記為接收單元；
[0042]則:程控開(kāi)關(guān)控制模塊i