多频连续波雷达两种测距算法研究

雷达测速与测距

雷达测速与测距标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]

雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大，在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，B=?f=1/τ，此处，τ为发射脉冲宽度。因此，对于简单的脉冲雷达系统，将有 δr=c 2τ（） 在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间内所输出的功率称脉冲功率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值，用Pav表示。它们的关系为 P tτ=P av T r（）脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。 在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频域上进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽B满足B=?f?1/τ。令τ0=1/B,则 δr=c 2τ0（） （）式中，τ0表示经脉冲压缩后的有效脉宽。因此脉冲压缩雷达可用宽度τ的发射脉冲来获得相当于发射有效宽度为τ0的简单脉冲系统的距离分辨力。发射脉冲宽度τ跟系统有效（经压缩的）脉冲宽度τ0的比值便成为脉冲压缩比，即 D=τ τ0 （）则

超声波测距仪的设计说明

题目：超声波测距仪的设计 超声波测距仪的设计 一、设计目的： 以51单片机为主控制器，利用超声波模块HC-SR04，设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。 通过该设计的制作，更为深入的了解51的工作原理，特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用；掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法，学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力，并学会仿真及软件调试的基本方法。 二、设计要求： 设计一个超声波测距仪。要求： 1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离； 2.所测距离大于2cm小于300cm，精度2mm。 三、设计器材： STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块 SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管（4） 按键（1） 电容（30PF2，10UF1） 排阻（10K），万用板，电烙铁，万用表，5V直流稳压电源，镊子，钳子，

导线及焊锡若干，电阻（200欧5）。 四、设计原理及设计方案： （一）超声波测距原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速，常温下取为344m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。 根据本次设计所要求的测量距离的围及测量精度，我们选用的是HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路集成好了，硬件上不必再自行设计繁复的发射及接收电路，软件上也无需再通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用时，只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。 当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值，此值就为此次测距的时间，再根据传播速度方可算出障碍物的距离。 （二）超声波测距模块HC-SR04简要介绍 HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述： 1. 主要技术参数： ①使用电压：DC5V ②静态电流：小于2mA ③电平输出：高5V

连续波雷达测速测距原理.doc

连续波雷达测速测距原理 一．设计要求 1、当测速精度达到s，根据芯片指标和设计要求请设计三角调频 波的调制周期和信号采样率； 2、若调频信号带宽为50MHz，载频 24GHz，三个目标距离分别为 300,306,315(m)，速度分别为 20,40， -35（m/s)，请用 matlab 对算法进行仿真。 二．实验原理和内容 1.多普勒测速原理 x a (t) x(n) FFT P(k ) 峰值f d A/D 谱分析搜索 图频域测速原理 f d max max | f m f d | f s / 2N v r max f d max / 2 f s / 4N/ 4T 依据芯片参数，发射频率为24GHz，由上式可以得出，当测速精度达到 s 时，三角调频波的调制周期可以计算得，T= 信号的采样率，根据发射频率及采样定理可设fs=96GHz。2．连续波雷达测距基本原理 设天线发射的连续波信号为：①x T f0 (t ) cos(2 f0 t0 ) ] 则接收的信号为：② x R f0 (t ) cos[2 f 0 (t t r ) 0 若目标距离与时间关系为：③R ( t ) R 0 v r t

则延迟时间应满足以下关系 :④ t 2 v t) r ( R c r v r 将④代入②中得到 x R f 0 (t ) cos{ 2 f 0 [ t 2 (R 0 v r t )]0 } c v r cos[2 ( f 0 f d 0 )t 2 f 0 2R 0 ] c f d 0 2 v r f 其中 c 根据上图可以得到，当得到 t ，便可以实现测距，要想得到 t ，就必须测得 fd 。 已知三个目标距离分别为 300,306,315(m)，速度分别为 20,40， -35（ m/s)，则可以通过 :③ R ( t ) R 0 v r t ④ t 2 v t ) r ( R c 0 r v r 分别计算出向三个目标发出去信号，由目标反射回来的信号相对 发射信号的延迟时间。

一种高精度超声测距方法的研究

Study of a N ew U ltrasonic Distance Measurement Method with High Precision W A N G Wensheng,Q I Guangx ue,W EN S huhui,FEN G Bo (Yanshan U niversity,Qinhuangdao Hebei066004P.R.China) Abstract:　A new method for ultrasonic distance measurement based on ultrasonic circulation and multi2pulse e2 cho principle is presented in the paper.The ultrasonic distance measurement system based on the single chip mi2 crocomputer is given.This method can conquer the limitation of pulse2echo times and improve the accuracy of measurement after temperature compensation. K ey w ords:　ultrasonic distance measurement;high precision;temperature compensation 一种高精度超声测距方法的研究① 王文生,齐广学,温淑慧,冯　波 (燕山大学,河北　秦皇岛　066004) 摘要:本文介绍了一种基于超声波循环反射测量原理的高精度超声测距方法,并给出了以单片机为核心的测距系统的组成.本测量法克服了多次反射法中对回波脉冲个数的限制,经温度补偿后测量精度得到了明显改善. 关键词:超声测距;高精度;温度补偿 中图分类号:TB559 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2002)03-0219-03 1　引　言 超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法,和激光、涡流和无线电测距方法相比,具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点,在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力,且结构简单,成本低,因此在工业控制、建筑测量、机器人定位等方面得到了广泛的应用[1,2].但由于超声波传播声时难于精确捕捉,温度对声速的影响等原因,使得超声波测距的精度受到了很大的影响,限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用,为此,本文提出一种改进后的超声反射测距方法,并设计了以单片机为核心的超声测距系统.2　超声波循环反射测量原理 脉冲反射法,又称回波法,是利用超声波在介质中传播遇到声阻抗有差异的界面时产生反射现象来工作的.根据反射次数的不同,可分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法.多次脉冲反射法是目前最常用的一种超声测距方法,它是指一个超声脉冲多次往返于超声探头与被测界面之间,通过检测电路得到各个超声波发射和接收的波形,再由波形整形后得到相当于超声波传播声时的方波信号[3].由此声时和超声波在已知介质中的声速便可以得出距离,超声波探头到被测物体的距离公式为: x= nc 2kf r (1) 2002年9月 传　感　技　术　学　报 第3期 ①来稿日期:2002204215

调频连续波雷达简要分析

连续波调频雷达 雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达，常规脉冲雷达是周期性地发射高频脉冲。而连续波雷达即是发射连续波信号的雷达，它的信号可以是单频、多频或者调频（多种调制规律如三角形、锯齿波、正弦波、噪声和双重调频或者是编码调制）的。单频连续波雷达可用于测速，多频（至少三个频点）和调频连续波雷达可用于测速和测距。它的优点是不存在距离盲点、精度高、带宽大、功率低、简单小巧，缺点是测距量程受限、存在多普勒距离耦合和收发很难完全隔离。 f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 调频连续波雷达参数与性能分析： 1、频率： 13.6GHz (±15MHz) （Ku 波段） 2、扫频带宽F ?： 30MHz 距离分辨率：m F C R 51030210326 8 =???==?? 3、调制周期T ： ms 06.1=T 理论最大量程：Km C T R 1591031053.02 max 83=???=?=- 0 调制周期T 带宽 F t

4、实际回波最大迟延： s d m 16.0t max = 实际最大量程： Km C R d 241031008.02 t max 83max =???=?= -‘ 实际最大差拍频率： M T t F d b 53.4f max max =?=? 5、相干处理时间间隔：ms s d 9.0m 16.0ms 06.1t -T T max Coherent =-== f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 可采点数： 36000m 9.040T Fs N Coherent =?=?=s MHz 实际频率分辨率： Hz MHz N Fs 111136000 400f === 对应的实际距离分辨率：m F C T R 89.5103021111 1031006.120f 6 83=??????=??= ??‘ （量程越小，差拍频率越小，可获得的越大的相干处理时间，能该晒距离分辨率） 6、速度多普勒耦合： 速度较小不考虑，采用锯齿波调频信号时，一般直接将其影响加到系统误差中去。若采用三角波调频倒可以再信号处理时对其进行补偿。 0 调制周期T 带宽 F t

汽车倒车系统中超声波测距模块的设计

收稿日期:2006-12-13 作者简介:彭翠云(1979-),女,湖北省荆门市人,硕士生,研究方向为汽车倒车辅助系统。 文章编号: 1004-2474(2008)02-0251-04汽车倒车系统中超声波测距模块的设计 彭翠云1,赵广耀2,戎海龙3 (1.安徽工程科技学院机械学院,安徽芜湖,241000;2.东北大学机械工程与自动化学院, 辽宁沈阳110004;3.东南大学自动化学院,江苏南京,210096) 摘　要:介绍了以Cy gnal 8051F 330单片机为控制器,用于汽车倒车的超声波测距模块的硬件电路和软件设 计方案,在抗干扰设计等方面该模块采用了软硬件综合处理措施,实现了较高的测距精度和较宽的测距范围。在满足倒车系统要求的基础上,体现了简单、经济、实效、实用的特点,文章给出了该模块的实际调试效果和误差分析结果。 关键词:超声波测距;带通滤波;单片机中图分类号:T P212 文献标识码:A The Design of Ultrasonic Distance -Measuring S ystem Used on Car -backing System PENG Cui -yun 1 ,ZHAO Guang -yao 2 ,R ONG Hai -long 3 (1.Dept .of M echanical Engineering ,An hui University of Technology and S cien ce ,Wu hu Anhui 241000,China ; 2.C ollege of M echanical E ngineering an d Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ; 3.College of Automation ,S ou theastern University ,Nanjing 210096,China ) A bstract :A n per so nally desig ned ultr aso nic distance -measuring sy stem is intro duced and its hardw are circuits and softw are design me tho ds are giv en in this pape r ,which ba ses o n Cyg na l 8051F330sing le chip ,a nd is applied to ca rbacking sy stem .In the sy stem ,some impr ovement on bo th ha rdw are a nd softw are is adapted ,w hich makes the sy stem has better precisio n and wider measuring range .M o reove r ,besides its capability o f satisfy the requirement raised by car -backing sy stem ,the system ha s other characters such as briefness ,economy ,actual effect ,practicality e tc ..T he practical debugg ing results and err or a nalyzing results a re given at the end of this paper . Key words :ultrasonic distance -measuring ;bandpass -filtr ation ;sing le chip 超声波测距是利用超声波指向性强、能量消耗缓慢并因而在特定介质中传输距离远的特点,通过发射具有特征频率的超声波实现对被摄目标距离的探测[1]。本文主要探讨倒车系统的超声波测距模块的设计与实现。超声测距模块作为汽车外部环境传感器,其用途是向决策系统实时提供汽车与障碍物的间距,以利于汽车蔽障。为克服以往超声波测距模块因采用超声波专用集成电路而造成的电路固定,应用不灵活,抗干扰和抗噪声能力差等不足,本超声波测距模块以Cy gnal 8051F330单片机为核心,并侧重发送模块和回波接收预处理模块的开发与实验研究,获得了较高的测距精度和较宽的测距范围,能满足倒车系统要求。该模块选用器件较廉价且易获取,体现出简单、经济、实效、实用的特点。 1　硬件设计 为使超声测距模块和决策系统之间的接口线最少,本设计采用模拟口方式而不采用串口、SM Bus 等方式。该方式即决策系统从超声波测距模块获得的距离信息为一模拟电压,该模拟电压正比于被测 距离。 为实现控制系统的简单化,本超声测距模块的中央处理器采用Cyg nal 8051F330单片机[2],该单片机较其他单片机(如F060等)外设规模小,仅有17个I /O 口,虽然功能上显得不够强劲,但其指令执行速度并未降低,加上其20引脚的精简封装,已广泛应用于所需功能较为简单的小规模控制电路中。对于倒车超声波测距系统可谓是合适的选择。 图1为超声测距模块的原理。单片机每隔一定时间间隔向超声波换能器发送一串频率为40kHz (超声波换能器的谐振频率)的激励脉冲,使超声波换能器向需要探测的方向发射出超声波,同时开始定时,一旦接收到返回的超声波信号即停止定时,获得超声波往返时间,由超声波脉冲在空气中传输的速度,便可计算出超声波换能器与目标物体间距离。 第30卷第2期压　电　与　声　光 Vo l .30No .22008年4月 PI EZO EL ECT ECT RICS &ACO U ST OO P T ICS Apr .2008

10米超声波测距仪设计实现

10米超声波测距仪设计实现 一、功能要求 设计一个超声波测距仪，可以测量测距仪与被测物体间的距离。要求测量范围0.1~10.00米，测量精度1cm，测量时与被测物体不接触，并将测量结果显示出来。 二、系统硬件电路 1．单片机系统及显示电路 单片机采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用p1.0端口输出超声波换能器所需的40Hz方波信号，利用外中断0口监测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳极LED数码管，段码用74LS244驱动，位用PNP8550驱动。 2．超声波发射电路 主要由74LS04和超声波换能器T构成。这种推挽形式的方波信号可以提高发射强度。反相器并联提高驱动能力。上拉电阻R1、R2提高74LS04输出高电平的驱动能力。 3．超声波接收电路 CX20106A是接收38KHz超声波的芯片，可利用它做接收电路。 4．系统程序 超声波测距仪的软件主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 主程序：

开始 系统初始化 发送超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 丢系统初始化，设置T0为方式1，EA=1，P0，P2清0。为避免超声波发射器直接接传送到接收器，需要延时0.1ms。由于时钟的频率是12MHz，计数器每计一个数就是1us。如果按声速344m/s，则d=c*t/2=172T0 cm 超声波发生子程序：通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号，脉宽12us，同时T0计数。 超声波测距仪利用中断0检测返回的超声波，一旦接收到返回的信号，立即进入中断。中断后就立即关闭T0停止计时。如果计数器益出则测试不成功。 3方案设计和选择 根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。 3.1 超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波

激光测速与雷达测速的原理比较

激光测速与雷达测速的原理与比较 多谱勒效应和雷达测速 你一定有这样的经验，当你站在马路旁边，即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况，单凭耳朵的听觉判断，你能感到一辆汽车正在驶过来，或者离你而去. 这里面当然依靠汽车行驶的声音是渐强还是渐弱，但细细想想，主要还是根据汽车行驶的车轮声或喇叭声调的变化. 原来，车辆驶近时，声音要变尖，也就是说，音调要高些；开过以后，远离的时候，声音会越来越低. 为什么会这样呢？原来，声音的形成，首先是由于发声体的振动，然后在它周围的空气中形成了一会疏一会密的声波，传到耳朵里，使耳膜随着它同样地振动起来，人们就听到了声音. 耳膜每秒钟振动的次数多，人就感到音调高；反之，耳膜每秒钟振动的次数少，人就感到音调低. 照这样说，声源发出什么声，我们听到的就是什么调. 问题的关键在于汽车在怎样的运动. 汽车匀速驶来，轮胎与地面摩擦产生的声波传来时“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定规律，一定距离排列的，可当汽车向你开来时，它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了，“疏”、“密”的距离更近了，人们听到的音调也就高了. 反之，当汽车离你远去时，它把空气中的疏密拉开了，听到的声音频率就小了，音调也就低了. 汽车的速度越大，音调的变化也越大. 在科学上，我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象，称为“多谱勒效应”. 有趣的是，雷达测速计也正是根据多谱勒效应的原理研制出来的. 我们知道，小汽车可以开得很快，可是为了保证安全，在某些路段上，交通警察要对车速进行限制. 那么，在汽车快速行进时，交通警察是怎样知道它们行驶的速度呢？最常用的测速仪器叫雷达测速计，它的外形很像一支大型信号枪，它也有枪筒，手柄、板机等部件，在枪的后面有一排数码管. 把枪口对准行驶的车辆，一扣板机，一束微波就射向行驶中的车辆. 微波是波长很短的无线电波，微波的方向性很好，速度等于光速. 微波遇到车辆立即被反射回来，再被雷达测速计接收. 这样一来一回，不过几十万分之一秒的时间，数码管上就会显示出所测车辆的车速. 它所依据的原理依然是“多谱勒效应”. 雷达测速计发出一个频率为1000 MHz的脉冲微波，如果微波射在静止不动的车辆上，被反射回来，它的反射波频率不会改变，仍然是1000 MHz. 反之，如果车辆在行驶，而且速度大，那么，根据多谱勒效应，反射波频率与发射波的频率就不相同. 通过对这种微波频率微细变化的精确测定，求出频率的差异，通过电脑就可以换算出汽车的速度了. 当然，这一切都是自动进行的. 雷达测速计的测速范围大约在每小时24 km到199 km之间，测速范围比较大，精确度也相当高，车速在每小时100 km/h，误差不会超过1 km/h. 测速雷达朝向公路，可以测量车速，如果指向天空，就可以测云层的高度，测云层的速度. 当然，要测几十千米外，甚至上百千米外的飞机，也是这个原理，只不过要向它扫描的空间连续发射微波束，这些微波束遇到飞机再反射回来，已经极其微弱了，要想把它接收到，分辨清并计算出来，就很困难了，这就需要一个庞大的灵敏的雷达. 雷达测速与激光测速的比较

调频连续波(FMCW)雷达微波物位计的工作原理

调频连续波（FMCW）雷达/微波物位计的工作原理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。 那么我们可以得到：rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得：rf = K×rt； 两式合并后，我们得到公式： R = C× rf/2K （公式2） 根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的距离R与发射 频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。 实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常，采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计，但是脉冲物位计因为价格较FMCW低很多，因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然，很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大大提高了脉冲雷达的可靠性。

超声波测距模块的毕业设计

西南科技大学毕业设计（论文） 题目名称：超声波测距模块的设计 年级：■本科□专科 学生学号： 学生姓名：指导教师： 学生单位：技术职称： 学生专业：教师单位：信息工程学院 西南科技大学教务处制

超声波测距模块的设计 摘要：超声波测距应用十分广泛。论文在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确立了结构化设计的思路。本文设计了一套超声波检测系统，该系统是一种基于AT89C51 单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理, 以超声波传感器为接口部件, 应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。设计利用51单片机系统的I/O口，使超声波传感器发出40KHz的超声波，反射回来的超声波信号，经过放大和整形电路进入单片机，比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现3米内测距，盲区7厘米，具有LCD显示功能。 关键词：超声波；超声波传感器；AT89C51单片机；LCD显示单元；测距仪

Design of Ultrasonic Distance measurement Abstract: The ultrasonic ranging application is extremely widespread. After the feasibility and reliability has been analysised, the structure design technique was established. This article introduces an ultrasonic distance measurement based on the AT89C51 single-chip computer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination. And it uses the ultrasound sensor as interface components for the application of the distance measure based by single-chip computer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasonic test comes into being. The system primarily composed by the four modules : the controller module,ultrasonic launch module, ultrasound receiving module and display modular. The I/O ports of the 51 single-chip computer were used to cause the ultrasonic transducer to send out the 40kHz ultrasonic wave. The reflected signal enter the 51 after the enlargement and feedback circuit, and the system will complete the range finder by debugging the corresponding distance. This design can realize 3 meters in range finders, with the 7 centimeters blind spot, The system have the LCD demonstration. Keywords: ultrasonic, ultrasonic sensor, AT89C51 single-chip computer, LCD display unit, range finder

雷达测速试验报告

雷达测距实验报告 1. 实验目的和任务 1.1 实验目的 本次实验目的是掌握雷达带宽同目标距离分辨率的关系，通过演示实验了解雷达测距基本原理，通过实际操作掌握相关仪器仪表使用方法，了解雷达系统信号测量目标距离的软硬件条件及具体实现方法。 1.2 实验任务 本次实验任务如下： （1）搭建实验环境； （2）获得发射信号作为匹配滤波的参考信号； （3）获得多个地面角反射器的回波数据，测量其各自位置，评估正确性； （4）获得无地面角发射器的回波数据，与（3）形成对比，并进行分析。 2. 实验场地和设备 2.1 实验场地和环境条件 本次实验计划在雁栖湖西校区操场进行，环境温度25℃，湿度40%。 实验场地如上图所示，除角反射器以外，地面上还有足球门、石块以及操场上运动的人等比较明显的目标。

2.2 实验设备 实验所需的主要仪器设备如下： （1） 矢量信号源SMBV100A ； （2） 信号分析仪FSV4； （3） S 波段标准喇叭天线； （4） 角反射器 （5） 笔记本电脑 2.3 设备安装与连接 设备连接关系图如下： 雷达波形文件雷达回波数据 时钟同步 计算机终端 SMBV100A 矢量信号源 FSV4信号分析仪 角反射器 交换机 图1 实验设备连接示意图 其中：蓝色连接线表示射频电缆，灰色连接线表示网线。 3. 实验步骤 3.1 实验条件验证 检查仪器工作是否正常，实验环境是否合适。 3.2 获取参考信号 1. 调节信号源参数，生成线性调频信号，作为匹配滤波的参考信号，然后通过射频电缆将信号源与频谱仪相连，利用频谱仪的A/D 对线性调频信号采样，并通过网线将数据传输给计算机，并保存为“b1.dat ”。参考信号的主要参数如下所示：

雷达测速与测距 ()

雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 1.1 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空 间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各 种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不 同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信 号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角 度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分 辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为 （1.1） 其中c为光速，为发射波形带宽。 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大， 在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，，此处，为发射脉冲宽度。因此，对 于简单的脉冲雷达系统，将有 （1.2）在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不 能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要 性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探 测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率 分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间 内所输出的功率称脉冲功 率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值， 用Pav表示。它们的关系为 （1.3） 脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉 冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应

雷达测距、测角、测速基本原理

雷达测距、测角、测速基本原理 目标在空间的位置可以用多种坐标系表示。最常见的是直角坐标系，空间任一点目标P 的位段可用x，y,z三个坐标值来确定。在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球)坐标系统. 目标的斜距R为雷达到目标的直线距离OP;方位角a为目标的斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(一般是正北方向)在水平面上的夹角;仰角B为斜距R与它在水平面上的投影OB在沿垂直面上的夹角，有时也称为倾角或者高低角。 如果需要知道目标的高度和水平距离，那么利用圆柱坐标系就比较方便。在这种坐标系中.目标的位由三个坐标来确定:水平距离D;方位角。;高度H, 球坐标系与圆柱坐标系之间的关系如下: D=RcosB H=RsinB a=a 上述这些关系仅在目标的距离不太远时是正确的;当距离较远时，由于地面的弯曲，必须作适当的修正。 现以典型的脉冲雷达为例来说明雷达测量的基本工作原理。它由发射机、发射天线、接收机和接收天线组成。发射电磁波中一部分能量照射到雷达目标上，在各个方向上产生二次散射。雷达接收天线收集散射回来的能量，并送至接收机对回波信号进行处理，从而发现目标，提取目标位置、速度等信息。实际脉冲雷达的发射和接收通常共用一个天线，以简化结构.减小体积和重量。 脉冲雷达采用的发射波形通常是高频脉冲串.它是由窄脉冲调制正弦载波产生的，调制脉冲的形状一般为矩形，也可采用其他形状。目标与雷达的斜距由电磁波往返于目标与雷达之间的时间来确定;目标的角位置由二次散射波前的方向来确定;当目标与雷达有相对运动时，雷达所接收到的二次散射波的载波频率会发生偏移，测量载频偏移就可以求出目标的相对速度，并且可以从固定目标中区别出运动目标来。

调频连续波

信号采集与处理单元关键技术研究 1.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 1.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式，线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的，在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因，有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波（LFMCW）雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点，且特别适用于近距离应用，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面： LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现； 要从LFMCW系统中提取出距离信息，必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成； LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外，LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面： 作用距离有限：LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的，作用距离增大时，

发射机泄漏到接收机的功率也增加； 距离-速度耦合问题：LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统的实际分辨能力下降，而且会引起运动目标测距误差。 1.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件，在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下，本系统工作频率为220GHz，采用宽带线性调频探测体制方案，依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性，在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制，利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离，而且能够精确测量目标径向速度，所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机，也可称为零中频超外差接收机，本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替，与回波信号直接混频，产生窄带差拍信号，经特性滤波和放大后，由A/D采样进行数字化处理。因此，LFMCW雷达结构较 为简单，易于实现。 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，并通过正交解调和倍频，生成所需频段的线性调频信号，一路经过多级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，经放大后

基于单片机的超声波测距设计说明书

单片机课程设计 题目基于单片机的超声波测距设计

目录 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计任务与要求 (1) 3 方案论证 (2) 4 设计原理及功能说明 (3) 4.1 超声波测距原理 (3) 4.2 STC89C52RC单片机原理 (4) 4.3 超声波测距系统框图 (5) 5 单元电路的设计 (6) 5.1 超声波模块电路 (6) 5.2 数码管显示电路 (7) 5.3 单片机最小电路 (7) 5.4 键盘连接 (8) 6 硬件的制作与调试 (8) 6.1 硬件的制作 (8) 6.2 调试 (9) 7 总结 (9) 参考文献 (11)

附录1：总体电路原理图 (12) 附录2：实物图 (13) 附录3：元器件清单 (14) 附录4：编程程序 (15)

1 课程设计的目的 1)单片机课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。 2)通过课程设计，培养综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一实际问题的实际本领，加深对该课程知识的理解。主要培养以下能力：查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力；迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 3)培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。培养学生综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、仿真绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。 2 课程设计任务与要求 1)使用51系列单片机、超声波模块等设计超声波测距系统； 2)利用超声波模块进行测量系统到前方障碍物之间的距离； 3)通过数码管显示出测距的距离。

雷达测速测距原理简介

雷达测速测距原理简介 一、FMCW模式下测速测距 1、FMCW模式下传输波特征 调频连续波雷达系统通过天线向外发射一列线性调频连续波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。 2、FMCW模式下基本工作原理 一般调制信号为三角波信号，发射信号与接收信号的频率变化如图所示。 反射波与发射波的形状相同。只是在时间上有一个延迟，t与目标距离R的关系为： Δt=2R/c公式1 其中 Δt：发射波与反射波的时间延迟 R：目标距离 c：光速c=3×108m/s 发射信号与反射信号的频率差为混频输出中频信号频率f如图所示：

根据三角关系，得： ΔtT2= ΔfB公式2 其中： Δf：发射信号与反射信号的频率差为|f1-f0| T：调制信号周期——1.5ms B：调制带宽——700MHz 由以上公式1和公式2得出目标距离R为： R=cTΔf 4B公式3 3、FMCW模式下测距原理 由公式3可以得出，目标距离R与雷达前端输出的中频频率f成正比 4、FMCW模式下测速原理 当目标与雷达并不是相对静止时，也就是有相对运动时，反射信号中包含一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移fd，如图所示： 此时发射信号与接收信号的频率差如图所示：

在三角波的上升沿和下降沿分别可得到一个差频，用公式表示为： f+= f-fd 公式4 f-= f+fd 公式5 其中 f为目标相对静止时的中频频率 f+代表前半周期正向调频的差频 f-代表后半周期负向调频所得的差频 fd为针对有相对运动的目标的多普勒频移 根据多普勒效应得： fd=2fc 公式6 其中： 为目标和雷达的径向速度 f0为发射波的中心频率 由公式4、5、6可得： f+f f=+2 公式7 c|f-f|v=2f02 公式8 速度v的符号与相对运动方向有关系，当目标物相对雷达靠近时v为正值。当目标相对雷达离开时v为负值。 由公式3和公式7进一步得出： cTf+fR=4B2 公式9

超声波测距精度的探讨

超声波测距精度的探讨 超声波测距精度的探讨在瓦楞纸板生产线上进行原纸破损检测及其他卷径检测中,采用超声波脉冲回波测量是一种较好的非接触式的检测方式。与其他方法相比,该测量方法在恶劣环境下适应能力强。其回波信号包含的沿传播方向上的结构信息也很容易检测出来。 设超声波传感器至卷轴中心之间的距离为H,至纸卷外径距离为h,空气中超声波传输速度为c,超声波在传感器与纸卷外经之间的传播为t,则纸卷半径r: r=H-h=H-0.5ct (1) 温度补偿在H已知的情况下,显然影响测量精度的因素主要是超声波传播速度c的确定和往返时间t的测定。超声波在空气中的传波速度主要取决于声波传播路径环境温度T,即: c=20.0544(T+273.16)1/2 (2) 式中t为环境的摄氏温度测量,由于在生产现场环境受风机、蒸汽等的影响,温度变化比较大,电气干扰也比较强。例如,在环境温度为30℃,h为1.5m,温度变化5℃时,卷径的测量误差△r为: △r=-(1/2)h. △T/(T+273.16) ≈12.4mm (3) 显然,温度对生产的影响是不能忽略的。解决的方法就是准确地测量出当时的现场环境温度,以式(2)来计算当时的声速。测量现场环境温度可利用三端集成温度传感器T(LM35),其灵敏度可达10mv/℃,再通过高精度、低漂移的集成仪器放大器AM(AD620A)放大,送入A/D,由单片机进行运算(如图1所示)。利用这种处理方式,温度测量不难做到0.1℃的误差,因而在同样情况下,卷径的测量误差△r仅为: △r=-(1/2)h△T/(T+273.16) ≈0.25mm (4) 这足以满足了对卷径的测量要求。 图1 温度测量框图在测量距离较大时,传播途径上温度是不均匀的,ho难以测出其温度分布。这时,可采用标准距离校正的方法。这种方法是在超声波传播路径中的适当位置h0上安装一固定的反射板,由超声波传感器发出的声波一部分直接由反射板反射回来,其传输时间为t0,则ho为: ho=0.5ct0 另一部分则由被测目标反射回来,其传输时间为t,则h为: h=0.5ct 这样,纸卷半径r便可由下式表示: r=H-hot/to (5) 此时纸卷半径的测试精度只取决于反射板的安装精度和回波时间的测量精度,而与超声波的声速无关,也即消除了温度、湿度、粉尘、气流、气压等的影响。值得注意的是,要适当选择反射板的安装位置,使之反射回波不要与被测目标的反射回波混迭,并且不要使超声波受到过多的干扰。 2、回波时间t的测定回波时间t的测定是由回波前沿决定的,为抗干扰,通常选取一定的门限值,接收回波的包络线大于门限值时确定为回波的到达的时间,显然这里有一个原理上的滞后,并且在信噪比较小的情况下,误差就会比较大。通过对超声波接收回波的观察分析,发现接收回波包络检波后,其包络线前沿为指数上升曲线,大约在第九个波到包络线的峰顶,第三个波近似为峰顶的75%,因此提出一种自适应门限的检测方法。一般根据超声波传感器的频率特性;在空气中通常选超声波频率为40KHz,则接收回波包络线到达峰顶的时间为9/40 KHz=0.225ms,当测量距离为1~2m时,可选超声波发射周期为16ms,占空比为1/8。8个周期为一个脉冲列,二列脉冲间隔为32ms,回波的第一个周期的峰值作为测量标准,以该值的75%作为门限值,测出时间t1,由此可以计算出超声波回波真实的到达时间为: t=t1-