一种基于有源相控阵收发组件的毫米波测距机系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于毫米波测距技术领域，具体涉及一种基于有源相控阵收发组件的毫米波测距机系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，各个领域对安全防范越来越重视，在安全防范过程中，距离检测技术占有重要地位，例如，在军事领域上，为了防止敌人入侵，需要测量敌我之间的距离；在民用领域上，为了防止所驾驶车辆与其他车辆碰撞，需要测量双方车距等。
[0003]目前，广泛采用的距离检测技术包括:超声波测距、激光测距、毫米波测距和红外测距等。上述各种距离检测技术各有利弊，分析如下:(1)超声波测距:超声波具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，在在长距离和短距离条件下，均能很好的进行传输和反射，但是，超声波作为一种声波，容易受到空气中的温度、湿度、压强等因素的影响，且对于远距离障碍物，其反射回波比较微弱，因此，一般将超声波测距技术用于短距离测量领域。
(2)激光测距技术:激光因其具有方向性强、亮度高、单色性好等优点而被广泛应用于测距领域。激光测距技术具有测量时间短、量程大、精度高等优点，但是，激光器作为一种高精度的仪器，对工作环境和载体的稳定性等均有比较苛刻的要求，不适合装载到工作环境不固定或者处于因高速运动产生较大振动的场所和载体，因此，激光测距一般用于工作环境比较稳定的长距离测量。(3)毫米波测距技术:毫米波是指波长在1cm以下，频率在30GHz?300GHz的电磁波。毫米波距离技术具有准光特性和近似全天候的工作能力，以及探测性能稳定、环境适应性能好等优点，但在长距离传输过程中，与激光相比，毫米波损耗较大、回波较微弱，因此，一般适用于几米到几百米的中短距离测量。
[0004]由上述可知，对于一些工作环境比较不稳定的场所，长距离的测距要求很难得到满足，所以探索在不稳定工作环境下长距离测量成为了一种趋势。
[0005]以上各种距离检测技术，无法应用于远距离、工作环境比较不稳定的场合，因此，探索一种在远距离、工作环境比较苛刻的条件下精确测距方法，具有重要现实意义。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于有源相控阵收发组件的毫米波测距机系统及方法，可以在工作环境经常变动、系统载体经常处在运动等不稳定状态下，进行高精度、快速、远距离测距，实现对目标的有效监控。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]本发明提供一种基于有源相控阵收发组件的毫米波测距机系统，包括:毫米波发射及信号处理模块、合成网络控制模块、有源相控阵收发组件、电机驱动系统、显示模块和控制主机；所述毫米波发射及信号处理模块与所述合成网络控制模块双向通信连接，所述合成网络控制模块与所述有源相控阵收发组件双向通信连接，所述毫米波发射及信号处理模块的输出端与所述显示模块连接；另外，所述控制主机的一端与所述毫米波发射及信号处理模块双向通信连接，所述控制主机的另一端与所述电机驱动系统双向通信连接，所述电机驱动系统的输出端与所述有源相控阵收发组件连接。
[0009]优选的，所述电机驱动系统包括:电机、电流检测模块、转速检测模块、滞环电流控制器、三相整流电路、功率放大电路和DSP控制模块；
[0010]所述三相整流电路的输出端与所述功率放大电路的第一输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述电机的输入端连接；
[0011]所述转速检测模块的输入端与所述电机连接，所述转速检测模块的输出端与所述DSP控制模块的输入端连接，所述DSP控制模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第一输入端；
[0012]所述电流检测模块的输入端与所述电机连接，所述电流检测模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第二输入端；
[0013]所述滞环电流控制器的输出端反馈连接到所述功率放大电路的第二输入端。
[0014]优选的，所述有源相控阵收发组件包括η个收发单元，分别记为:收发单元1、收发单元2...收发单元η ;其中，η为自然数；
[0015]对于任意的收发单元i，i e (1，2...η)，均包括:天线1、收发组件i和程控开关控制模块i ;其中，收发组件i包括第i_l发射/接收模块和第i_2发射/接收模块；程控开关控制模块i的第一端通过第i_l发射/接收模块与天线i进行双向通信连接，程控开关控制模块i的第二端通过第i_2发射/接收模块与天线i进行双向通信连接，程控开关控制模块i的第三端与合成网络控制模块双向通信连接。
[0016]优选的，所述有源相控阵收发组件所包括的各个收发单元具有不同的发射功率。
[0017]优选的，还包括电源模块；所述电源模块分别为所述毫米波发射及信号处理模块、所述合成网络控制模块、所述有源相控阵收发组件、所述电机驱动系统、所述显示模块和所述控制主机供电。
[0018]本发明还提供一种基于有源相控阵收发组件的毫米波测距方法，包括以下步骤:
[0019]S1，当需要搜索目标区域时，控制主机同时向毫米波发射及信号处理模块和电机驱动系统发送启动信号，同时，控制主机向毫米波发射及信号处理模块发送第一控制参数，向电机驱动系统发送第二控制参数；
[0020]S2，所述电机驱动系统根据所述第二控制参数控制有源相控阵收发组件旋转，进而实现对电机的稳态旋转控制；
[0021]所述毫米波发射及信号处理模块根据所述第一控制参数产生毫米波，并将产生的所述毫米波发送到合成网络控制模块；
[0022]S3，所述合成网络控制模块根据测距需要，计算出发射波的功率值，设该功率值为X ;然后，基于功率X值确定需选取的收发单元个数，设为m ;其中，m < η ;
[0023]然后，从η个收发单元中选取m个收发单元，该m个收发单元的发射功率和即为m，m个收发单元组成功率值为X的合成网络；
[0024]然后，合成网络控制模块将接收到的毫米波复用给合成网络中的m个收发单元，m个收发单元分别对毫米波进行功率放大处理，然后在空间叠加合成，即得到功率值为X的发射波，然后，向外发射该发射波；
[0025]S4，所发射的发射波遇物体后形成反射回波，所述反射回波通过有源相控阵收发组件被所述合成网络控制模块接收；
[0026]所述合成网络控制模块将接收到的反射回波传输给所述毫米波发射及信号处理模块；
[0027]S5，所述毫米波发射及信号处理模块对接收到的反射回波进行信号处理，得到本次探测到的检测目标的距离值；
[0028]S6，所述毫米波发射及信号处理模块将所述距离值显示到显示模块。
[0029]优选的，所述第一控制参数为毫米波发射及信号处理模块发射毫米波的发射频率值；所述第二控制参数为电机驱动系统的初始转速值。
[0030]优选的，所述第一控制参数为毫米波发射及信号处理模块发射毫米波的发射频率值；所述第二控制参数为电机驱动系统的初始转速值。
[0031]优选的，S3中，对于m个收发单元所组成的合成网络，m个收发单元中的任意一个收发单元j，包括:天线1、收发组件i和程控开关控制模块i，其中，收发组件i包括第i_l发射/接收模块和第i_2发射/接收模块；
[0032]采用以下工作模式:
[0033]在程控开关控制模块i的控制下，控制第i_l发射/接收