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基于毫米波的高精度雷達液位計
發布日期:2019/11/11 16:03:38
隨著工業自動化水平的提高,雷達液位計在石油、冶金、化工等領域得到了廣泛應用.在工業生產過程中,液位計很小的測量誤差都會引起巨大的經濟損失,提高液位計的測量精度成為迫切需要。

基于毫米波的高精度雷達液位計
FMCW雷達具有測距精度高、無距離育區、發射功率小等優點,很適合高精度近距離測距.工作于毫米波段的雷達液位計的調頻帶寬較大,距離分辨率高,且在有限的天線尺寸下有更窄的波束,油罐壁等雜物反射的干擾電磁波更不易被天線接收,這都有利于提高液位的測量準確度,因此,毫米波FMCW雷達液位計是實現高精度液位測量的理想裝置。
FMCW雷達液位計的距離信息是通過測量差頻信號的頻率獲得的,要提高測距精度必須提高差頻信號的頻率測量精度.現代液位計信號處理一般采用數字信號處理形式,由于對差頻信號做快速傅里葉變換(FT)得到的頻譜是離散的,離散譜的柵欄效應會嚴重影響頻率測量精度.為此,可以采用頻譜校正方法來消除柵欄效應,常用的頻譜校正方法有FFTーFT連續細化、比值校正、能量重心校正、相位差法等. Zoom FFT方法是頻譜細化方法的一種,與其他頻譜細化方法相比,其計算量和存儲空間較小,但是算法中的低通濾波器性能會限制其細化倍數.鑒于此,本文利用 Zoom FFT進行較小倍數的細化,然后采用能量重心校正算法來估計精確的頻率,從而提高測距精度。

基于毫米波的高精度雷達液位計
雷達液位計測距原理
雷達液位計向液面發射頻率經過調制的電磁波,液面反射的回波信號被雷達接收,與發射信號進行混頻,由此產生的差頻信號的頻率與液面距離成正比。針對毫米波雷達液位計的應用場合,提出了 Zoom FFT與能量重心校正算法結合的高精度信號處理算法,采用了 Zoom FFT進行細化倍數較小的頻譜細化,使用能量重心校正算法準確估計差頻信號頻率,該算法消除了FFT柵欄效應對測距精度的影響,且計算量和運算存儲空間都比較合理.仿真結果表明,當差頻信號的信噪比為12dB時,該算法將測距均方根誤差控制在毫米量級。