[發(fā)明專利]基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110181569.2
• 申請(qǐng)日: 2021-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN112985540B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙博;孟祥焱;沈紹祥;張?jiān)涣x;劉小軍;方廣有
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): G01F23/284
• 分類號(hào): G01F23/284
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢(mèng)圓

1.一種基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，包括：

電子學(xué)單元，設(shè)置于待測(cè)液位的容器外，用于產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)；

同軸電纜，與所述電子學(xué)單元連接，用于將所述發(fā)射信號(hào)傳輸至設(shè)置于待測(cè)液位的容器內(nèi)的同軸導(dǎo)波桿；所述同軸導(dǎo)波桿基于頻域反射原理產(chǎn)生回波信號(hào)返回至所述電子學(xué)單元，進(jìn)而獲得待測(cè)液位的高度信息；

所述電子學(xué)單元包括：

發(fā)射模塊，用于產(chǎn)生兩路調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；

開關(guān)模塊，包括：

發(fā)射選通開關(guān)，用于對(duì)一路調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制；

接收選通開關(guān)，與所述發(fā)射選通開關(guān)處于相反的開關(guān)狀態(tài)，用于間隙性接收所述回波信號(hào)；以及

收發(fā)切換開關(guān)，同時(shí)與所述發(fā)射選通開關(guān)和接收選通開關(guān)相連，對(duì)應(yīng)所述發(fā)射選通開關(guān)和接收選通開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)使電子學(xué)單元處于信號(hào)發(fā)射態(tài)或信號(hào)接收態(tài)；

接收模塊，用于接收另一路調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)作為本振信號(hào)，進(jìn)而將所述回波信號(hào)處理為數(shù)字回波信號(hào)；以及

信號(hào)處理模塊，用于發(fā)出控制信號(hào)控制所述發(fā)射模塊和開關(guān)模塊工作，并對(duì)數(shù)字回波信號(hào)進(jìn)行處理得到液位高度信息；

遠(yuǎn)端較弱的液位回波信號(hào)處于系統(tǒng)響應(yīng)較大位置時(shí)，開關(guān)模塊門控信號(hào)時(shí)寬T_p滿足其中，c為電磁波在真空中的傳播速度，L_l為電子學(xué)單元與導(dǎo)波桿間同軸電纜的物理長(zhǎng)度，v_p為電纜中信號(hào)的傳輸速率，L_a為同軸導(dǎo)波桿長(zhǎng)度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，所述發(fā)射模塊包括：基帶線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊、鎖相環(huán)、功分器、以及放大器，其中，所述基帶線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊在信號(hào)處理模塊的控制下產(chǎn)生20～40MHz線性調(diào)頻信號(hào)并輸出到所述鎖相環(huán)的參考端；所述鎖相環(huán)將參考端接收的參考信號(hào)倍頻到頻率為1～2GHz的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，并輸入功分器；所述的功分器將調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)分為兩路。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，所述接收模塊包括：混頻器、高通濾波器、放大器、低通濾波器、以及ADC；其中，所述混頻器用于接收另一路調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)作為本振信號(hào)，使得所述回波信號(hào)經(jīng)接收模塊處理后數(shù)字化為數(shù)字回波信號(hào)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，發(fā)射信號(hào)間隙，發(fā)射選通開關(guān)導(dǎo)通，收發(fā)切換開關(guān)處于發(fā)射狀態(tài)，接收選通開關(guān)關(guān)閉，提高發(fā)射時(shí)隙內(nèi)的收發(fā)隔離度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，接收信號(hào)間隙，發(fā)射選通開關(guān)關(guān)閉，收發(fā)切換開關(guān)處于接收狀態(tài)，接收選通開關(guān)導(dǎo)通，提高接收時(shí)隙內(nèi)的收發(fā)隔離度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，所述電子學(xué)單元工作在1～2GHz頻段；所述發(fā)射模塊產(chǎn)生掃頻時(shí)寬為4ms的兩路調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，接收模塊中低通濾波器將脈沖形式的門控回波濾波成連續(xù)信號(hào)，其截止頻率f_c遠(yuǎn)小于開關(guān)模塊的門控信號(hào)頻率，即：

f_c＜＜1/T_p；

接收模塊的混頻器后引入高通濾波器，能夠有效抑制直達(dá)波信號(hào)，防止后級(jí)放大器飽和。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于門控調(diào)頻連續(xù)波的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，使用補(bǔ)償函數(shù)與回波信號(hào)頻譜相乘，消除門控產(chǎn)生的雷達(dá)系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)回波信號(hào)幅度的影響，補(bǔ)償函數(shù)H_c(f)表示如下：

其中，B為雷達(dá)系統(tǒng)帶寬，為液位回波信號(hào)時(shí)頻變換后得到的信號(hào)頻率，T_s為發(fā)射信號(hào)掃頻時(shí)寬。