[發明專利]一種基于迭代頻率估計的FMCW高精度液位測量方法

在審

• 申請號: 201911143246.3
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN110763302A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 王向榮;龍倩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284
• 代理公司: 11121 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 冀學軍

1.一種基于迭代頻率估計的FMCW高精度液位測量方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一、將雷達對目標發射的電磁波信號以及接收的回波信號進行混頻，得到差頻信號；

步驟二、對差頻信號進行快速傅里葉變換，得到差頻信號功率譜，找到功率譜的峰值點并記錄位置m；

步驟三、以峰值點的位置m為中心，在峰值點左右各插入一個插值點，通過不斷迭代得到最終插值點的位置偏移量δ_Q；

具體過程如下：

步驟301、在位置m左右分別間隔p₁和p₂處各插入一個迭代插值點；

步驟302、分別計算第q次迭代下兩個插值點對應的傅里葉系數和

傅里葉系數的計算公式為：

s(n)表示差頻信號，n表示離散時間；j表示虛數；δ_q-1為第q-1次迭代對應的位置偏移量；δ初始值設為0；q＝1,…,Q，Q表示總迭代次數；

步驟303、根據第q次迭代的傅里葉系數計算位置偏移增量h(δ_q-1)；

位置偏移增量h(δ_q-1)的計算公式為：

步驟304、根據第q次迭代得到的位置偏移增量h(δ_q-1)更新位置偏移量δ_q；

更新公式如下：

δ_q＝δ_q-1+h(δ_q-1) (3)

步驟305、令迭代次數q自增1，利用位置偏移量δ_q得到新的左右插值位置為m+δ_q-1+p；

步驟306、重復計算新的插值位置處的傅里葉系數和位置偏移增量，并更新位置偏移量；直至q＝Q，得到最終插值點的位置偏移量δ_Q；

步驟四、根據最后一次迭代的位置偏移量δ_Q，計算差頻信號的最優頻譜分量；

最優頻譜分量f計算公式為：

f_s表示差頻信號的采樣頻率；

步驟五、使用最優頻譜分量測量雷達與被測液面之間的高精度距離；

步驟六，雷達與參考液面之間的距離減去雷達與被測液面之間的高精度距離，即得到高精度的待測液位。

2.如權利要求1所述的一種基于迭代頻率估計的FMCW高精度液位測量方法，其特征在于，步驟一中所述的混頻是指：將回波信號和發射信號在時域上相乘，經過低通濾波后得到的輸出信號即為差頻信號。

3.如權利要求1所述的一種基于迭代頻率估計的FMCW高精度液位測量方法，其特征在于，所述的步驟二中，差頻信號功率譜反應了信號功率在頻域內的分布情況；針對差頻信號，進行N點傅里葉變換，輸出N點數據，其中幅度值最大的數據所占的排序，即位置m。

4.如權利要求1所述的一種基于迭代頻率估計的FMCW高精度液位測量方法，其特征在于，所述的位置偏移增量h(δ_q)的計算公式另一個選擇為：

5.如權利要求1所述的一種基于迭代頻率估計的FMCW高精度液位測量方法，其特征在于，步驟五中所述的雷達與被測液面之間的高精度距離計算公式為：

其中，c表示光速，S表示雷達發射的調頻連續波的斜率。

6.如權利要求1所述的一種基于迭代頻率估計的FMCW高精度液位測量方法，其特征在于，所述步驟六中參考液面選取液位＝0的情況，即沒有液體。