[發明專利]基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統

無效

• 申請號: 200810246701.8
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101492750A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 陳先中;尹怡欣;國宏偉;李曉理;侯慶文
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21B7/24
• 分類號: C21B7/24;G01F23/284
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，包括工業相控陣雷達、雷達電磁防護罩，以及連鎖布料控制系統三部分，其中工業相控陣雷達獲取料面信息，電磁防護罩保護工業相控陣雷達本體，連鎖布料控制系統根據雷達傳來的料面高度數據，進行分析判斷，執行加料任務，使最終的料面形狀始終控制在設定的形狀上；

所述工業相控陣雷達包括超寬帶相控陣天線單元，數字移相器以及收發單元，功率分配器，功率分配饋電網絡以及功率合成網絡，波束控制計算機，移相器控制電路；

所述電磁防護罩包括電磁窗，氮氣冷卻裝置，固定裝置，其中電磁窗的外層采用高溫復合陶瓷材料做外罩，電磁窗內襯采用復合雙酚A型氰酸酯樹脂，氮氣冷卻裝置隔離在相控陣雷達本體和電磁窗之間，起冷卻的作用；

所述連鎖布料控制系統由數據處理與學習中心，布料制度控制中心，以及執行機構組成，先假設料層厚度，模擬布料過程，計算堆尖位置，計算內外堆角，由體積偏差的積分來更新料面方程，并配合料面下移，不斷計算出每一層的料面厚度，并由相控陣雷達3D成像多點數據來實時修正料層厚度，更新料面方程，修正值在反復的迭代和學習中，得到優化。

2.如權利要求1所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述工業相控陣雷達的超寬帶天線單元陣列設計為面陣列，提供x方向高分辨率的窄波束、Y方向的中等分辨率的波束，通過多個波束的合成控制進行全方位的電掃描；利用vivaldi微帶天線實現共面波導天線結構，使頻率范圍工作在x波段，涵蓋26GHz頻帶寬度。

3.如權利要求1或2所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述工業相控陣雷達的超寬帶天線單元陣列的一維陣列超寬帶掃頻天線的設計，其特征在于采用相控陣天線單元旋轉矢量法，分組旋轉矢量法或者近場掃描法，分別測試出每個相控陣天線單元的初始幅度和相位，然后通過對移相器及功分網絡的調整，實現對整個相控陣雷達系統的校正。

4.如權利要求1所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述數字移相器和收發單元按照工業相控陣雷達寬帶設計原則，單元設計遵循從頂到底，給每個單元部件劃分具體指標，通過在測量現場實地測量，給出各單元相位幅度輸出值，由單個天線饋電單元微波電路網絡，推廣到單列線陣饋電網絡，驗證單列線陣的掃描參數和系統靈敏度，在單個單元測試數據滿足要求之后，最終進行面陣的系統整體聯調。

5.如權利要求1所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述功率分配饋電網絡以及功率合成網絡應用低功率T/R組件，包括總線控制可變數字衰減器和數字移相器，高功率放大器PA，微波低噪放LNA，微波雙工器組成，將前端脈沖開關換為環行器，或者將所有環行器改為收發隔離的無源ratrace混合環，在獲得最終標定測試數據以后，進行相位算法補償。

6.如權利要求5所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述功率分配饋電網絡利用寬帶分配網絡構建功率合成和分配網絡，通過高速鎖相方式提供高穩定度的發射信號，實現料面的快速掃頻測量。

7.如權利要求1所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述波束控制計算機由波束控制信號通過預設的數值發出波束控制指令，給波控機進行波束掃描控制，各移相器、衰減器單元的實時控制算法通過移相器控制電路實現，波控機采用高速FPGA將預存的波束控制數據寫入各數據緩存器中，控制當前數字移相器移相角度。

8.如權利要求1或7所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述波束控制計算機根據空間波束合成和稀疏布陣算法，對移相器的分辨率根據具體情況提出不同掃描角度的指標。

9.如權利要求1所述的基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統，其特征在于，所述布料制度控制中心由相控陣雷達獲得的料面方程，經過數據處理中心，轉化成布料矩陣，連鎖布料控制系統根據優化后的布料矩陣進行布料的操作，同時計算機實時顯示出此時料面的形狀。