K波段低速微波测速系统的研究与开发

论文摘要

微波测速传感器的工作原理是基于多普勒效应，多用于交通和军事等领域，实现移动物体速度的测量或雷达导航。而适用于矿山运输设备的低速微波测速仪器则很少。本文通过对K波段微波测速传感器及其处理的研究，最终研制出工作频率为25GHz的低速微波测速系统。首先通过对微波射频技术及雷达天线技术的研究，分别研制出K波段的多个同腔振荡—混频器和喇叭天线，并借助有限元分析软件HFSS(High FrequencyStructure Simulator)实现了对同腔振荡—混频腔体和喇叭天线的仿真、参数优化和试验分析；其次，对微波测速传感器输出信号的处理方法进行了分析及研究，结合自适应滤波算法及修正协方差功率谱估计算法实现速度的测量；同时，本文阐述了数据采集及处理系统的软硬件设计，并通过使用QT软件完成嵌入式应用程序的开发；最后，对本文设计的K波段微波测速系统进行试验分析，确定出K波段低速微波测速系统的误差精度。结果表明，本文设计的K波段低速微波测速系统达到了预期的设计要求，在0.10m/s～5.00m/s的测量范围内，最大绝对误差为：0.026m/s；示值相对误差为：0.52%（在速度为5.00m/s时，测速精度可达±0.026m/s），有效的提高了精度，可适用于恶劣环境工作的矿用运输设备速度的测量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 课题的国内外研究与关键技术
• 1.2.1 微波测速仪国内外研究现状
• 1.2.2 微波测速系统关键技术
• 1.3 本论文内容概要
• 第二章 K 波段微波测速系统前端研究
• 2.1 多普勒测速原理
• 2.2 微波测速传感器
• 2.2.1 谐振腔相关理论
• 2.2.2 微波天线理论
• 2.3 同腔振荡-混频腔体研究及仿真
• 2.3.1 振荡-混频腔体研究
• 2.3.2 HFSS 对谐振腔的仿真及试验分析
• 2.4 喇叭天线研究及仿真
• 2.4.1 喇叭天线的研究
• 2.4.2 HFSS 对喇叭天线的仿真及实验分析
• 2.5 传感器前端电路设计
• 2.5.1 振荡二极管供电电路
• 2.5.2 混频处理电路
• 2.6 微波测速传感器试验分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 K 波段微波测速系统后端研究
• 3.1 算法研究
• 3.1.1 功率谱估计算法研究
• 3.1.2 自适应滤波算法
• 3.1.3 速度信号处理算法
• 3.1.4 算法的验证分析
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 数据采集模块
• 3.2.2 串口通信模块
• 3.2.3 存储器模块
• 3.2.4 外接端口模块
• 3.3 嵌入式软件设计
• 3.3.1 开发环境的搭建
• 3.3.2 软件功能设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 K 波段微波测速系统试验分析
• 4.1 试验平台介绍
• 4.2 人机界面测试试验
• 4.3 微波测速系统总体测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 附录 仿真程序代码
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果