本發(fā)明涉及太赫茲雷達(dá)傳感器，尤其涉及一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。
2、井下梭車是煤礦井下實(shí)現(xiàn)短距快速運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，隨著礦山開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)井下梭車的無(wú)人化，一方面可以提高裝運(yùn)煤效率，節(jié)約成本；另一方面，可以降低危險(xiǎn)事故發(fā)生時(shí)對(duì)機(jī)車操作人員造成不必要的傷亡。然而，與地面或露天礦山的無(wú)人駕駛相比，井下環(huán)境復(fù)雜多變，尤其是高粉塵的特點(diǎn)，對(duì)梭車傳感器性能提出了更高要求。
3、為應(yīng)對(duì)井下高粉塵環(huán)境對(duì)梭車智能感知提出的挑戰(zhàn)，改進(jìn)激光探測(cè)和紅外感知技術(shù)，以及新興的毫米波探測(cè)技術(shù)已在多個(gè)煤礦現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了應(yīng)用。為克服井下高粉塵復(fù)雜環(huán)境的智能感知技術(shù)難題，需要融合受粉塵影響小的毫米波探測(cè)新技術(shù)。但是，目前大多技術(shù)方案采用已有的乘用車毫米波雷達(dá)設(shè)計(jì)方法，沒(méi)有針對(duì)井下高粉塵環(huán)境和梭車無(wú)人駕駛智能感知需求的適應(yīng)開(kāi)發(fā)，存在探測(cè)距離短、分辨率差、無(wú)法成像等不足。因此，如何基于波長(zhǎng)比毫米波短、同樣受粉塵影響小的太赫茲波，聯(lián)合陣列雷達(dá)體制和分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研發(fā)井下梭車用太赫茲傳感器，從而在同等功率下提高粉塵環(huán)境的距離探測(cè)精度，是亟待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置及方法，通過(guò)向井下環(huán)境發(fā)射太赫茲信號(hào)，采集回波信號(hào)并進(jìn)行混頻、濾波處理，再利用zoom-fft技術(shù)對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行頻譜細(xì)化，結(jié)合相位提取和解纏操作，基于相位斜率與頻率變化量精確計(jì)算目標(biāo)距離。同時(shí)，裝置采用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元、外殼除塵單元等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)360度掃描和外殼除塵，有效提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性，滿足井下高粉塵環(huán)境下的距離測(cè)量需求。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、第一方面，本發(fā)明提供一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置，包括：
4、太赫茲雷達(dá)單元，包括雷達(dá)固定架及固定其上的雷達(dá)核心板和準(zhǔn)光透鏡；所述雷達(dá)核心板用于向井下被測(cè)空間周期性發(fā)射太赫茲探測(cè)信號(hào)；接收經(jīng)被測(cè)空間反射的回波信號(hào)，采用zoom-fft并進(jìn)行相位提取和解纏，得到解纏相位；建立所述解纏相位與距離的映射關(guān)系，計(jì)算目標(biāo)距離；所述太赫茲雷達(dá)單元固定于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元頂部；
5、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元，包括底部外殼及其內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)太赫茲雷達(dá)單元實(shí)現(xiàn)360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)；
6、傳感器外殼，用于包覆太赫茲雷達(dá)單元，與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元的底部外殼螺紋連接；
7、外殼除塵單元，設(shè)置于傳感器外殼外側(cè)，包括高壓電極和除塵電極，通過(guò)靜電吸附清除外殼表面粉塵，除塵周期與雷達(dá)掃描周期同步。
8、第二方面，本發(fā)明提供一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法，包括：
9、在360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描過(guò)程中，向井下被測(cè)空間周期性發(fā)射太赫茲探測(cè)信號(hào)；其中，在掃描周期內(nèi)同步執(zhí)行靜電除塵操作，其啟停時(shí)序與探測(cè)信號(hào)的掃描周期保持同步；
10、接收經(jīng)被測(cè)空間反射的回波信號(hào)，采用zoom-fft并進(jìn)行相位提取和解纏，得到解纏相位；建立所述解纏相位與距離的映射關(guān)系，計(jì)算目標(biāo)距離。
11、第三方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)第二方面所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法中的步驟。
12、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)第二方面所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法中的步驟。
13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
14、（1）本發(fā)明的太赫茲雷達(dá)單元中，雷達(dá)核心板與準(zhǔn)光透鏡配合，核心板發(fā)射和接收信號(hào)，準(zhǔn)光透鏡優(yōu)化信號(hào)傳播，其共軸結(jié)構(gòu)減少粉塵對(duì)信號(hào)的干擾，保證信號(hào)穩(wěn)定傳輸；其中，通過(guò)zoom-fft和相位解纏處理回波信號(hào)，能精確獲取相位信息，準(zhǔn)確計(jì)算目標(biāo)距離。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)雷達(dá)360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)全方位掃描，獲取更全面的測(cè)量數(shù)據(jù)。傳感器外殼保護(hù)雷達(dá)單元，減少粉塵入侵。外殼除塵單元與雷達(dá)掃描周期同步，通過(guò)靜電吸附及時(shí)清除外殼粉塵，避免粉塵阻擋和散射信號(hào)，確保雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射與接收穩(wěn)定，從而有效提高了高粉塵環(huán)境下距離測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。所述裝置具有對(duì)粉塵的強(qiáng)穿透性，在具有高粉塵環(huán)境的井下工作時(shí)，能有具有高探測(cè)距離，并生成高分辨率圖像數(shù)據(jù)。
15、（2）本發(fā)明中，核心板負(fù)責(zé)發(fā)射太赫茲探測(cè)信號(hào)并接收回波信號(hào)，準(zhǔn)光透鏡對(duì)信號(hào)進(jìn)行聚焦、準(zhǔn)直等光學(xué)處理，二者配合讓信號(hào)精準(zhǔn)發(fā)射與高效接收，增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度與質(zhì)量；而兩者背對(duì)背安裝于支撐板前后側(cè)，形成共軸光學(xué)結(jié)構(gòu)，保證了信號(hào)發(fā)射與接收的同軸性。在高粉塵環(huán)境中，粉塵干擾會(huì)削弱信號(hào)，此結(jié)構(gòu)減少信號(hào)傳播偏差與損耗，降低粉塵影響，使信號(hào)傳輸路徑更穩(wěn)定，確保太赫茲波準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)區(qū)域并帶回可靠回波，為精準(zhǔn)計(jì)算目標(biāo)距離奠定基礎(chǔ)，顯著提升距離測(cè)量的準(zhǔn)確性與可靠性。
16、（3）本發(fā)明采用的zoom-fft能對(duì)中頻信號(hào)局部頻譜細(xì)化，放大關(guān)鍵頻譜區(qū)域，提升頻率分辨率，精準(zhǔn)識(shí)別信號(hào)有用成分，獲取更準(zhǔn)確頻率信息；而對(duì)頻移信號(hào)進(jìn)行相位提取和解纏操作，可解決粉塵干擾導(dǎo)致的相位纏繞畸變問(wèn)題，恢復(fù)真實(shí)相位信息?；诰_的相位信息建立與距離的映射關(guān)系，進(jìn)而更準(zhǔn)確計(jì)算目標(biāo)距離，有效減少因粉塵干擾產(chǎn)生的測(cè)量誤差，保障高粉塵環(huán)境下距離測(cè)量的精度與可靠性，讓測(cè)量結(jié)果更貼近實(shí)際距離。
17、（4）本發(fā)明的除塵單元通過(guò)靜電吸附及時(shí)清除粉塵，保證信號(hào)穩(wěn)定傳播，減少散射干擾，使回波信號(hào)更真實(shí)；同時(shí)，其能防止粉塵滲入雷達(dá)內(nèi)部，避免核心部件受損，保障設(shè)備可靠性；此外，除塵周期與雷達(dá)掃描周期同步，確保雷達(dá)掃描時(shí)外殼始終清潔，維持測(cè)量工作連續(xù)性與穩(wěn)定性，避免因粉塵積累影響測(cè)量，全方位提升高粉塵環(huán)境下距離測(cè)量的質(zhì)量與可靠性。
18、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
1.一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置，其特征在于，所述雷達(dá)固定架包括支撐底座和支撐板；雷達(dá)核心板固定于支撐板前側(cè)，準(zhǔn)光透鏡通過(guò)連接桿與雷達(dá)核心板背對(duì)背安裝于支撐板后側(cè)，雷達(dá)核心板與準(zhǔn)光透鏡形成共軸光學(xué)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)光透鏡的透鏡角度參數(shù)為5°。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置，其特征在于，所述接收經(jīng)被測(cè)空間反射的回波信號(hào)，采用zoom-fft并進(jìn)行相位提取和解纏，得到解纏相位，具體包括：
5.如權(quán)利要求1所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量裝置，其特征在于，所述建立所述解纏相位與距離的映射關(guān)系，計(jì)算目標(biāo)距離，具體為：
6.一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法，基于權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量裝置，其特征在于，包括：
7.如權(quán)利要求6所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法，其特征在于，所述接收經(jīng)被測(cè)空間反射的回波信號(hào)，采用zoom-fft并進(jìn)行相位提取和解纏，得到解纏相位，具體包括：
8.如權(quán)利要求6所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法，其特征在于，所述建立所述解纏相位與距離的映射關(guān)系，計(jì)算目標(biāo)距離，具體為：
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法中的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的一種高粉塵環(huán)境下基于太赫茲雷達(dá)的距離測(cè)量方法中的步驟。