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基于毫米波的高精度雷达液位计
发布日期:2019/11/11 16:03:38
随着工业自动化水平的提高,雷达液位计在石油、冶金、化工等领域得到了广泛应用.在工业生产过程中,液位计很小的测量误差都会引起巨大的经济损失,提高液位计的测量精度成为迫切需要。

基于毫米波的高精度雷达液位计
FMCW雷达具有测距精度高、无距离育区、发射功率小等优点,很适合高精度近距离测距.工作于毫米波段的雷达液位计的调频带宽较大,距离分辨率高,且在有限的天线尺寸下有更窄的波束,油罐壁等杂物反射的干扰电磁波更不易被天线接收,这都有利于提高液位的测量准确度,因此,毫米波FMCW雷达液位计是实现高精度液位测量的理想装置。
FMCW雷达液位计的距离信息是通过测量差频信号的频率获得的,要提高测距精度必须提高差频信号的频率测量精度.现代液位计信号处理一般采用数字信号处理形式,由于对差频信号做快速傅里叶变换(FT)得到的频谱是离散的,离散谱的栅栏效应会严重影响频率測量精度.为此,可以采用频谱校正方法来消除栅栏效应,常用的頻谱校正方法有FFTーFT连续细化、比值校正、能量重心校正、相位差法等. Zoom FFT方法是频谱细化方法的一种,与其他频谱细化方法相比,其计算量和存储空间较小,但是算法中的低通滤波器性能会限制其细化倍数.鉴于此,本文利用 Zoom FFT进行较小倍数的细化,然后采用能量重心校正算法来估计精确的频率,从而提高测距精度。

基于毫米波的高精度雷达液位计
雷达液位计测距原理
雷达液位计向液面发射频率经过调制的电磁波,液面反射的回波信号被雷达接收,与发射信号进行混频,由此产生的差频信号的频率与液面距离成正比。针对毫米波雷达液位计的应用场合,提出了 Zoom FFT与能量重心校正算法结合的高精度信号处理算法,采用了 Zoom FFT进行细化倍数较小的频谱细化,使用能量重心校正算法准确估计差频信号频率,该算法消除了FFT栅栏效应对测距精度的影响,且计算量和运算存储空间都比较合理.仿真结果表明,当差频信号的信噪比为12dB时,该算法将测距均方根误差控制在毫米量级。
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