專利名稱:被動(dòng)式比相多卜勒短跑測(cè)速雷達(dá)的制作方法
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明是一種供體育運(yùn)動(dòng)研究、教學(xué)和訓(xùn)練使用的實(shí)時(shí)化人體奔跑運(yùn)動(dòng)速度測(cè)試方法及其裝置。
目前國(guó)內(nèi)外使用的人體奔跑運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度測(cè)試方法是高速攝影方法和分段光電管方法。高速攝影方法的缺點(diǎn)主要是測(cè)試結(jié)果獲取周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)判讀計(jì)算工作量大，使用費(fèi)用高。分段光電管方法僅可測(cè)出區(qū)間平均速度，多運(yùn)動(dòng)員測(cè)速時(shí)設(shè)備需占用跑道空間，性能較差。
近年來國(guó)內(nèi)外的電子工程界對(duì)主動(dòng)式多卜勒雷達(dá)用于短跑測(cè)速先后進(jìn)行了一系列償試。實(shí)驗(yàn)表明，由于人體並非可視為剛體目標(biāo)，奔跑時(shí)人體各部位速度不一，雷達(dá)發(fā)射波與反射波混頻后所得的多卜勒信號(hào)為多個(gè)頻率成分混合的不規(guī)則復(fù)雜信號(hào)，用簡(jiǎn)單體制的工作原理或簡(jiǎn)單的信號(hào)處理方法已難以獲得精度上可供實(shí)用的測(cè)試結(jié)果。主動(dòng)式雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)多路使用也比較困難。
本發(fā)明的目的在于指導(dǎo)設(shè)計(jì)出一種技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上易于實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)化多路化人體運(yùn)動(dòng)測(cè)速裝置。
本發(fā)明的內(nèi)容是提出了以比相原理設(shè)計(jì)的被動(dòng)式多卜勒雷達(dá)測(cè)速方法及其裝置。其信號(hào)獲得過程可簡(jiǎn)述如下在被測(cè)運(yùn)動(dòng)員身上佩帶一小型化高頻信標(biāo)發(fā)射機(jī)，在直跑道的起點(diǎn)延長(zhǎng)線上和終點(diǎn)延長(zhǎng)線上各架設(shè)一副高頻接收天線，兩副天線所接收的信號(hào)分別使用電纜輸入比相接收機(jī)。設(shè)運(yùn)動(dòng)員所佩帶的發(fā)射機(jī)振盪頻率為f，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為λ，運(yùn)動(dòng)員以速度v向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于多卜勒效應(yīng)，終點(diǎn)延長(zhǎng)線上天線所接收的信號(hào)頻率變?yōu)閒+ (v)/(λ) ，起點(diǎn)延長(zhǎng)線上天線所接收的信號(hào)頻率變?yōu)閒- (v)/(λ) ，兩副天線所接收的信號(hào)分別經(jīng)同軸電纜傳輸至比相接收機(jī)，比相接收機(jī)將信號(hào)分別放大后進(jìn)行相位比較，可提取出反映運(yùn)動(dòng)員發(fā)射機(jī)佩帶部位瞬時(shí)速度的多卜勒信號(hào)fd＝ (2v)/(λ) 。
由更詳盡的理論方法可以推得多卜勒頻移的產(chǎn)生是由于佩帶在運(yùn)動(dòng)員身上的發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)使電波產(chǎn)品附加相移的結(jié)果。這個(gè)相移變化量與運(yùn)動(dòng)員至兩接收天線間距離變化量之差成正比。因而等位移曲線是以兩接收天線坐標(biāo)為焦點(diǎn)的等距雙曲線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用比相原理來提取運(yùn)動(dòng)員所佩帶發(fā)射機(jī)的多卜勒頻移，使發(fā)射機(jī)頻率不穩(wěn)定度對(duì)多卜勒信號(hào)精度的影響得以抵消。由公式fd＝ (2v)/(λ) ＝ (2fv)/(C) 知，多卜勒信號(hào)穩(wěn)定度與發(fā)射機(jī)頻率穩(wěn)定度相當(dāng)。信標(biāo)發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度既使僅為1×10-3時(shí)，比相接收機(jī)理論上仍可獲得0.1%的測(cè)速精度。如果信標(biāo)發(fā)射機(jī)是發(fā)射著心電等遙測(cè)信號(hào)的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，使用比相接收機(jī)甚至可以在不影響原有心電遙測(cè)系統(tǒng)工作的情況下，同時(shí)從心電發(fā)射機(jī)的高頻載波信號(hào)中提取出運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)速度和位移信息。此外，被動(dòng)式雷達(dá)測(cè)速多卜勒信號(hào)反映的是發(fā)射機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，信號(hào)處理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)多路測(cè)速比較容易。將發(fā)射機(jī)置于運(yùn)動(dòng)員腳部位置時(shí)，有可能測(cè)出運(yùn)動(dòng)員奔跑的步長(zhǎng)步頻等重要參數(shù)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式是設(shè)計(jì)使用同步變頻式比相接收機(jī)和小型化信標(biāo)發(fā)射機(jī)。
實(shí)施例如圖所示的被動(dòng)式比相多卜勒短跑測(cè)速雷達(dá)，其接收機(jī)采用了由超外差接收技術(shù)和相位差法結(jié)合而設(shè)計(jì)的同步變頻式比相接收方案。圖中各部件的組成是(1)、(2)為高頻接收天線，(3)為運(yùn)動(dòng)員佩帶的信標(biāo)發(fā)射機(jī)，(4)、(5)為高頻放大器，(6)、(7)為混頻器，(8)為本機(jī)振盪器，(9)、(10)為中頻濾波放大器，(11)為多卜勒信號(hào)混頻器及數(shù)字相位計(jì)，(12)為計(jì)算機(jī)接口。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)速度的被動(dòng)式多卜勒雷達(dá)方法及其裝置。其特征是采用比相原理來精確檢測(cè)佩有發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)態(tài)位移。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)速度的被動(dòng)式多卜勒雷達(dá)方法及其裝置，其特征是采用一對(duì)分別架設(shè)在兩處的兩副天線來接收運(yùn)動(dòng)員沿兩天線布設(shè)方向的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，其中一副天線位于運(yùn)動(dòng)接近方向上，另一副天線位于運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離方向上。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)速度的被動(dòng)式多卜勒雷達(dá)方法及其裝置，其特征是采用了由超外差接收技術(shù)和相位差法結(jié)合而設(shè)計(jì)的同步變頻式比相接收機(jī)。
專利摘要
這是一種供體育運(yùn)動(dòng)研究、教學(xué)和訓(xùn)練使用的人體運(yùn)動(dòng)測(cè)速雷達(dá)。它使用在運(yùn)動(dòng)員身上佩帶發(fā)射機(jī)的方法，用比相接收機(jī)測(cè)出1-8名運(yùn)動(dòng)員沿直線跑道方向上的一維速度。如果需要同時(shí)遙測(cè)運(yùn)動(dòng)員的心電信號(hào)，比相接收機(jī)則可以直接從心電遙測(cè)發(fā)射機(jī)的高頻載波信號(hào)中提取出運(yùn)動(dòng)員的速度和位移信息。因而，這是一種新的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)試方法及其裝置。
文檔編號(hào)G01S11/00GK86105773SQ86105773
公開日1987年2月25日 申請(qǐng)日期1986年7月21日
發(fā)明者易躍生 申請(qǐng)人:易躍生導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan