一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度检测系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113534139A(43)申请公布日2021.10.22(21)申请号202110691979.1(22)申请日2021.06.22(71)申请人西南大学地址400715重庆市北碚区天生路2号(72)发明人李光林黄敏马驰(74)专利代理机构北京轻创知识产权代理有限公司11212代理人姚晓丽(51)Int.Cl.G01S13/88(2006.01)G01S13/32(2006.01)权利要求书4页说明书14页附图4页(54)发明名称一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度检测系统及方法(57)摘要本发明涉及一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度自动检测系统及方法，检测系统包括频率综合器、发射前端模块、接收前端模块、发射天线、接收天线和上位机，频率综合器的输出端与发射前端模块的输入端电连接，发射前端模块的输出端与发射天线的输入端电连接，发射天线的输出端与接收天线的输入端通信连接，接收天线与接收前端模块电连接，接收前端模块与上位机电连接。本发明提出一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度自动检测系统及方法，这种系统检测过程比较方便，可实时检测甘蔗垄高数据；通过检测发射信号与接收信号混频滤波后的频率差，计算得到天线到蔗垄表面的距离，进而得到蔗垄的精准高度，实现了甘蔗收割机中刀盘随着蔗垄的起伏自动调节高度。CN113534139ACN113534139A权利要求书1/4页1.一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度自动检测系统，其特征在于：包括频率综合器、发射前端模块、接收前端模块、发射天线、接收天线和上位机，所述频率综合器的输出端与所述发射前端模块的输入端电连接，所述发射前端模块的输出端与所述发射天线电连接，所述发射天线与所述接收天线匹配，所述接收天线与所述接收前端模块的输入端电连接，所述发射前端模块的输出端与所述接收前端模块的输入端电连接，所述接收前端模块的输出端与所述上位机电连接；所述频率综合器，用于发出调频信号；所述发射前端模块，用于对所述频率综合器发出的调频信号进行功率放大与信号频谱提纯，生成第一雷达信号和第二雷达信号；所述发射天线，用于将所述发射前端模块生成的第一雷达信号发射至被甘蔗和杂草遮挡的蔗垄上；所述接收天线，用于接收被蔗垄反射回来的目标信号；所述接收前端模块，用于将所述接收天线接收到的目标信号和所述发射前端模块生成的第二雷达信号进行混频处理并滤波，得到差拍信号；所述上位机，用于对所述接收前端模块得到的差拍信号进行采集并将采集得到的离散样本信号自动导入上位机进行信号处理，得到蔗垄高度信息。2.根据权利要求1所述的一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度自动检测系统，其特征在于：所述频率综合器包括微控制器、温度补偿晶体振荡器TCXO、锁相环PLL和压控振荡器VCO，所述微控制器的输出端与所述温度补偿晶体振荡器TCXO的输入端电连接，所述温度补偿晶体振荡器TCXO的输出端与所述锁相环PLL的输入端电连接，所述锁相环PLL的输出端与所述压控振荡器VCO的输入端电连接，所述压控振荡器VCO的输出端与所述发射前端模块的输入端电连接。3.根据权利要求2所述的一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度自动检测系统，其特征在于：所述发射前端模块包括带通滤波器一、功率放大器、耦合器和带通滤波器二，所述带通滤波器一的输入端与所述压控振荡器VCO的输出端电连接，所述带通滤波器一的输出端与所述功率放大器的输入端电连接，所述功率放大器的输出端与所述耦合器的输入端电连接，所述耦合器的输出端与所述带通滤波器二的输入端电连接，所述耦合器的输出端还与所述接收前端模块电连接，所述带通滤波器二的输出端与所述发射天线电连接。4.根据权利要求3所述的一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度自动检测系统，其特征在于：所述接收前端模块包括低通滤波放大器、混频器、带通滤波器三和低噪声放大器，所述低噪声放大器的输入端与所述接收天线电连接，所述低噪声放大器的输出端与所述带通滤波器三的输入端电连接，所述带通滤波器三的输出端与所述混频器的输入端电连接，所述混频器的输入端还与所述耦合器的输出端电连接，所述混频器的输出端与所述低通滤波放大器的输入端电连接，所述低通滤波放大器的输出端与所述上机位电连接。5.一种基于调频连续波雷达的蔗垄高度自动检测方法，其特征在于，利用上述权利要求1‑4任一项所述的基于调频连续波雷达的蔗垄高度检测系统进行检测，包括以下步骤：步骤S1，控制频率综合器发出调频信号；步骤S2，利用发射前端模块对频率综合器发出的调频信号进行功率放大与信号频谱提纯，生成第一雷达信号和第二雷达信号；2CN113534139A权利要求书2/4页步骤S3，通过发射天线将发射前端模块生成的第一雷达信号发射至被甘蔗和杂草遮挡的蔗垄上；步骤S4，通过接收天线接收