[發明專利]一種具有相控陣天線的雷達測量物料三維物位傳感器系統

在審

• 申請號: 202011220985.0
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112485780A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 何國強;盧鈺;楊雪霞
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01S13/42
• 分類號: G01S13/42;G01S7/35;H01Q3/34;H01Q1/22
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 余昌昊

本發明公開了一種具有相控陣天線的雷達測量物料三維物位傳感器系統，包括：硬件部件及用于控制調整所述硬件部件的軟件部件，所述軟件部件包括微控制器；所述硬件部件包括接收通道與發射通道，所述接收通道與所述發射通道均與微控制器信號連接，所述接收通道與所述發射通道通過高速電控開關連接有相控陣收發天線，所述相控陣收發天線包括多條通道，每個所述通道包括電控移相器、與所述電控移相器信號連接的放大器(衰減器)及與所述放大器(衰減器)信號連接的天線單元。根據本發明，利用相控陣天線技術，結合單發射和單接收調頻連續波雷達系統，實現物料三維物位的測量。

技術領域

本發明涉及雷達物位計的技術領域，特別涉及一種具有相控陣天線的雷達測量物料三維物位傳感器系統。

背景技術

雷達物位計因其具有非接觸工作方式、實時傳感、應對各種復雜環境的優勢，被廣泛應用于物料物位的測量。根據雷達工作信號的不同，可以將雷達分為脈沖體制雷達和調頻連續波體制雷達，與脈沖體制雷達相比，調頻連續波體制雷達應用于物位計領域具有明顯的優勢，可根據待檢測的目標信息不同，采取不同調制方式的工作信號，并且以較小的發射功率即可探測到遠距離的目標信息，具有功耗低、靈活性高的特點。

然而，現有的調頻連續波體制雷達物位計大多是單點測量的工作方式，即測量某一個點的物料高度，而無法同時獲取整個料倉物料的三維物位，常規的固體物料表面通常為曲面，對于表面分布不規則的固體料面，單點測量誤差大，難以獲取其真實的物位高度。實現物料的三維物位圖像檢測，需要調頻連續波雷達的波束具有掃描功能。機械控制雷達波束掃描是調頻連續波雷達物位計實現三維物位圖像檢測的方式之一。該雷達是利用機械手段，通過控制雷達天線的擺動和旋轉，實現波束的二維掃描。然而，機械掃描的波束掃描速度慢，機械控制系統的引入增加了物位計的復雜度、功耗、重量和體積，使得物位計抵抗外界機械振動性差，可靠性降低。另一種是通過多發多收通道來實現物料的三維物位信息測量。該雷達物位計的每個發射和接收通道都是集成移相器的有源通道，其中每個接收通道還需要集成混頻器，使得系統復雜度高，成本顯著增加。

發明內容

針對現有技術中存在的不足之處，本發明的目的是提供一種具有相控陣天線的雷達測量物料三維物位傳感器系統，利用相控陣天線技術，結合單發射和單接收調頻連續波雷達系統，實現物料三維物位的測量。為了實現本發明的上述目的和其他優點，提供了一種具有相控陣天線的雷達測量物料三維物位傳感器系統，包括：

硬件部件及用于控制調整所述硬件部件的軟件部件，所述軟件部件包括微控制器；

所述硬件部件包括接收通道與發射通道，所述接收通道與所述發射通道均與微控制器信號連接，所述接收通道與所述發射通道通過高速電控開關連接有相控陣收發天線，所述相控陣收發天線包括多條通道，每個所述通道包括電控移相器、與所述電控移相器信號連接的放大器及與所述放大器信號連接的天線單元，其中放大器也可被替換為衰減器。

優選的，所述發射通道包括鎖相環、與所述鎖相環信號連接的壓控振蕩器、與所述壓控振蕩器信號連接的功分器及與所述功分器信號連接的功率放大器，其中功分器也可被替換為耦合器。

優選的，所述接收通道包括A/D轉換器、與所述A/D轉換器信號連接的可控增益放大器、與所述可控增益放大器信號連接的濾波器、與所述濾波器信號連接的混頻器及與所述混頻器信號連接的低噪聲放大器。

優選的，所述鎖相環與壓控振蕩器用于產生調頻連續波信號，所述功分器用于將調頻連續波射頻信號功分一路信號用以和接收的回波信號混頻，以產生中頻信號，所述功率放大器用于放大并獲得足夠功率的射頻信號。

優選的，所述A/D轉換器用于將輸出的中頻模擬信號轉換成數字信號，所述可控增益放大器用于根據不同探測目標及距離改變相應的增益，輸出包含目標信息的中頻信號，所述濾波器用于濾掉高頻諧波信號得到中頻信號，所述混頻器用于混合功分的本振信號和接收到的回波信號，獲得中頻信號，所述低噪聲放大器用于放大接收的回波信號。