一种红外毫米波测距设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外毫米波测距技术领域，具体涉及一种红外毫米波测距设备及方法。
【背景技术】
[0002]科技的发展使得各个领域对安全防范越来越重视，尤其是在防止目标入侵方面，人们的监控需求已经并不仅仅局限于监控是否有待监控目标入侵，而是需要精确监控到监控目标距离安全区域的具体距离值。
[0003]因此，现有技术中出现了距离检测技术，例如，超声波测距、激光测距、毫米波测距、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:虽然超声波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，由于超声波容易受到空气中的温度、湿度、压强等因素的影响，因此，一般适用于短距离测量领域。(2)激光测距技术:虽然具有测量时间短、量程大、精度高等优点，但是，由于对工作环境和载体的稳定性等有比较苛刻的要求，因此，一般适用于工作环境比较稳定的长距离测量。(3)毫米波测距技术:虽然具有探测性能稳定、环境适应性能好以及测量距离信息精确等优点，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。(4)红外测距:虽然可以精确的测量物体的方位角度信息，但是测量距离信息的误差相对较大。
[0004]在一些特殊领域，需要对入侵目标的距离信息以及距离检测台的方位角度信息进行全面监控，然后才能对入侵目标采取一系列防范措施，将损失降到最小。而以上各种距离检测技术，无法应用于远距离、工作环境比较苛刻的条件下精确测量侵入目标的距离、角度双重位置信息，具有较大的使用局限性。
[0005]因此，同时实现远距离精确的测量目标的距离信息和角度信息存在很大的难度，探索一种在远距离、工作环境比较苛刻的条件下精确测量侵入目标的距离、角度双重位置信息的新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，本发明提供一种红外毫米波测距设备及方法，可以在工作环境经常变动等不稳定状态下，快速、高精度、远距离测量目标的距离和角度双重位置信息，实现对目标的有效监控。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]本发明还提供一种红外毫米波测距设备，包括:红外测方位角度子系统、毫米波测距子系统以及控制主机；所述控制主机分别与所述红外测方位角度子系统和所述毫米波测距子系统连接；
[0009]其中，所述毫米波测距子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、第一电机驱动系统和显示模块；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第一电机驱动系统双向通信连接，所述第一电机驱动系统的输出端与所述有源相控阵收发组件连接；
[0010]所述红外测方位角度子系统包括:红外镜头、摆镜、凝视型红外面阵探测器、视频处理及显示系统和第二电机驱动系统；在所述摆镜的前方固定安装所述红外镜头，在所述摆镜的后方固定安装所述凝视型红外面阵探测器；所述凝视型红外面阵探测器的输出端与所述视频处理及显示系统的输入端连接；所述控制主机的一端与所述视频处理及显示系统双向通信连接，所述控制主机的另一端与所述第二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摆镜连接，用于控制所述摆镜的扫描运动。
[0011]优选的，所述第一电机驱动系统和所述第二电机驱动系统的结构相同，均包括: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控制丰旲块;
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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。
[0016]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；
[0017]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。
[0018]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。
[0019]本发明还提供一种红外毫米波测距方法，包括以下步骤:
[0020]S1，控制主机同时控制红外测方位角度子系统和毫米波测距子系统工作，一方面，驱动红外测方位角度子系统旋转搜索检测目标，并接收所述红外测方位角度子系统检测到的各个检测目标的方位值；另一方面，驱动毫米波测距子系统旋转搜索检测目标，并接收所述毫米波测距子系统检测到的各个检测目标的距离值；
[0021]S2，控制主机对接收到的各个检测目标的方位值和距离值进行整合，得到同一检测目标的方位值和距离值。
[0022]优选的，S1中，控制主机驱动红外测方位角度子系统旋转搜索检测目标，并接收所述红外测方位角度子系统检测到的各个检测目标的方位值，具体为:
[0023]S1.1，红外镜头接收搜索区域中各个物体所发出的红外线；
[0024]S1.2，控制主机按控制策略向第二电机驱动系统发送控制指令，进而通过第二电机驱动系统控制摆镜对红外镜头所接收到的红外线进行周期性扫描；
[0025]S1.3，凝视型红外面阵探测器不断对所述摆镜扫描到的红外线进行成像操作，得到多个检测目标图像；
[0026]S1.4，控制主机控制视频处理及显示系统，使其实时获取所述凝视型红外面阵探测器得到的检测目标图像，对获取到的多个检测目标图像进行视频拼接处理，将多点检测目标同时显示在一个屏幕上；同时，通过对获取到的多个检测目标图像进行分析，得到各个检测目标的方位值。
[0027]优选的，S1中，控制主机驱动毫米波测距子系统旋转搜索检测目标，并接收所述毫米波测距子系统检测到的各个检测目标的距离值，具体为:
[0028]S1-1，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第一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，向第一电机驱动系统发送第二控制参数；
[0029]S1-2，所述第一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；
[0030]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；
[0031]S1-3，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 ;
[0032]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；
[0033]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；
[0034]S1-4，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；
[0035]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；
[0036]S1-5，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；
[0037]S1-6，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。
[0038]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第一电机驱动系统的初始转速值。
[0039]优选的，S1-3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；
[0040]采用以下工作模式:
[0041]在程控开关控制模块i的控制下，控制第i_l发射/接收模块为发射状态，记为发射单元，控制第i_2发射/接收模块为接收状态，记为接收单元；
[0042]则:程控开关控制模块i