[發明專利]一種抑制FMCW雷達液位計回波沖擊響應干擾的方法

在審

• 申請號: 201510880669.9
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN106842145A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王福友;謝金華;聶翀
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36;G01F23/284
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

雷達液位計測距技術

背景技術

在國外，FMCW雷達液位計被廣泛應用于石化、倉儲行業，是儲油罐的核心傳感器，FMCW采用的是連續的信號發射及處理而非脈沖雷達的信號發射—等待—接收的間歇式工作方式，也就更適合于過程罐、攪拌罐等液面劇烈的場合，為中高端應用場合使用(羅斯蒙特雷達液位股份公司.雷達液位測量.發明專利，專利申請號：CN200710153641.0)。

但在雷達液位計研發過程中，由于雷達接收機接收通道的瞬態沖擊響應，導致對雷達回波帶來了沖擊響應干擾，這種干擾主要為沖擊噪聲，這種干擾遠強于油罐液位回波，這種干擾使得目標的SNR急劇下降從而對目標檢測帶來誤判，進而影響雷達液位計的測量精度，在cm級別，不滿足測位精度mm級別的量級。

因此為了滿足以上需求，本發明提出了一種抑制FMCW雷達液位計回波沖擊響應干擾的算法，并經過實測數據驗證時有效的，并已應用到中航工業雷華電子技術研究所自主研發高精度雷達液位計上(中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所.一種雷達液位計.發明專利，專利申請號：201430463897.2)，得出的SNR提高了很多，得出精度為1mm量級。

發明內容

本發明的目的是在國產高精度雷達液位計研發需求，在雷達液位計鋸齒波回波存在沖擊響應干擾影響液位計測量精度和誤測情況下，且沖擊響應干擾區與檢測目標區為不同區域，提出了一種在時域檢測出沖擊響應干擾的位置后，在原始信號中挖除存在沖擊響應干擾的回波點，基于AR模型預測內插(AR模型系數采用Burg算法估計)算法，消除沖擊響應對目標掩蓋作用，從而保證液位檢測出來足夠的SNR。

本發明在研發的FMCW雷達液位計實測數據上進行了定量驗證，算法是有效的，SNR提高25dB以上，從而保證雷達液位計高精度測量1mm奠定基礎。

實現本發明目的的技術解決方案為：本發明提供了1.一種抑制FMCW雷達液位計回波沖擊響應干擾的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1.沖擊響應干擾區的檢測

a)將實測的檢測采樣點x₀,x₁,…,x_N-1進行解析；

b)在時域內，檢測滿足式(1)的檢測采樣點

其中，

式中，x_i,(i＝1,2,…,N-1)為第i個采樣點；

c)將在檢測采樣點中的幅度最大值點左右各取15個點作為沖擊響應干擾區，若檢測采樣點左側不足15點，則左側取從第一個點算起至幅度最大值點之間所有采樣點；

2.在時域原始信號中，挖除沖擊干擾區的檢測采樣點，補零。

3.基于AR模型預測內插

采用AR模型預測內插對挖除沖擊干擾區的檢測采樣點的原始回波信號進行恢復，AR模型系數采用Burg算法估計。

進一步的，

Burg算法是通過前N點的檢測采樣點序列x₀,x₁,…,x_N-1，估計AR模型參數a_p,m,(m＝1,2,…,p)，預測第N個檢測采樣點x_N，有下列關系：

式中p是AR模型的階數。由萊文生-杜平遞推公式計算AR參數

a_p,m＝a_p-1,m+a_p,pa_p-1,p-m (4)

式中a_p,p由下式給出

式中，k_p稱為反射系數，是預測誤差的均方誤差：

x(n-1)為采樣點序列，通過式(3)～(7)可以確定AR模型的一組參數{a_p,m}，其中AR模型的階數預先給定。

發明創造的優點和用途

(1)抑制沖擊響應干擾效果好。對于FMCW雷達液位計采用鋸齒波模式下，存在沖擊響應干擾會將目標的噪底大大提升，目標的SNR急劇減少，難以滿足儲油罐液位1mm精度，本發明提出的方法可以有效抑制沖擊響應干擾，恢復目標的SNR，基于本發明方法可使得SNR提升25dB以上，使得最終SNR為40dB及以上。

(2)條件約束少，工程易于實現，因為本發明提出的是在時域檢測干擾，時域挖空干擾補零，并基于AR模型預測內插，不需要消耗過多的資源，且較容易實現；