Project Description
Настройка фильтра ФАПЧ первого варианта дальномера
Достаточно часто в моей практике приходилось спасать проекты зашедшие. Одним из характерных примеров стал ЛЧМ дальномер, который должен был измерять расстояние до водной поверхности с точностью до 1мм.
Команда, работавшая над прибором до меня, пошла по простейшему пути — модификации разработанного ими ранее прибора. Однако, прототип имел совсем другое предназначение — быстрое измерение расстояний с большой погрешностью. Поэтому СВЧ сигнал формировался в нём путём подачи управляющего напряжения на ГУН непосредственно с ЦАП. Нелинейность ГУН компенсировалась табличным пересчётом значений с помощью ПЛИС, которая также управляла АЦП и производила преобразования Фурье. Такой подход обеспечивал высокое быстродействие, но сигнал содержал высокий уровень фазовых шумов и отличался существенной температурной и временной нестабильностью. В результате, точность измерений была на уровне 3-4 см.
Точность измерений дальномеров, основанных на излучении ЛЧМ сигнала в первую очередь зависит от качества формирования этого сигнала — линейности нарастания частоты, уровня фазовых шумов и стабильности характеристик во времени. Кроме этого, точность измерений растёт с увеличением девиации частоты.
Мною была полностью переработана схема формирования сигнала. ГУН включён в цепь ФАПЧ. Задающим генератором для ФАПЧ служил цифровой синтезатор. Классические пилообразные импульсы управления были заменены на треугольные, разработаны аналоговые фильтры цепи ФАПЧ и цифровые фильтры для выходного сигнала. Кроме этого, точность удалось повысить благодаря модификации алгоритма расчёта расстояния на основе преобразования Фурье.
Первый вариант дальномера со стороны антенн без верхней крышки.
В результате была достигнута заданная точность — миллиметр для расстояний от 40 сантиметров до 30 метров. Изначально дальномер состоял из 5 отдельных модулей, что было крайне нетехнологично. Мне удалось всю электронную начинку от импульсного блока питания, до СВЧ модулей разместить на одной четырёхслойной плате на основе СВЧ материала.
Одноплатный вариант дальномера со снятыми экранами до монтажа СВЧ части
Прибор обеспечивал точность измерений 1мм на расстояниях от 1 до 30 метров и был сертифицирован как средство измерения.
Процесс сертификации дальномера на территории НИИДАР
Позже был создан GSM модуль для передачи измеряемых данных на сервер.
GSM модуль, вид с двух сторон
А сам прибор послужил основой для следующей модификации — устройства обнаружения предметов в замкнутом пространстве. В частности, его планировалось использовать для обнаружения предметов, оставленных в лифтах. Проект финансировался американским фондом.
Дальномер на 4 антенны
Данный прибор прошёл сертификацию на ЭМС, но в США улеглась волна паники вызванная взрывом башен близнецов и многие порождённые ей стартапы в области обеспечения безопасности любой ценой стали испытывать серьёзные трудности. Проект был признан экономически нецелесообразным и приостановлен.
