[实用新型]回波采样单元及使用该单元的脉冲式雷达物位计

说明书

技术领域

本实用新型涉及利用雷达对罐体物位进行测量，具体涉及一种回波采样单元及使用该单元的脉冲式雷达物位计。 

背景技术

脉冲式雷达物位计将待测物面的高度转化为微波从发射器经物面反射回接收器的传播延时进行测量。它具有非接触、对物面上部空间的气相条件变化不敏感、工作量程大、测量精度高、安装方便的优点，可广泛应用于水利工程、石油化工等领域。由于微波在空气中以光速进行传播，为达到毫米级的物位测量精度，必须对往返延时实现皮秒级的精确测定。 

微波传播的往返延时极短，对其进行直接测量，实现成本高、难度大，不适于应用于工业级的雷达物位计。鉴于雷达的脉冲重复频率远高于物位的变化速度，反射回波可认为是一种周期性重复的高频信号。利用略小于脉冲重复频率的采样频率去采集反射回波的等效时间采样法，可实现以较低的采样频率间接测量GHz频段的回波，降低对器件的要求，如文献S Schuster,S Scheiblhofer,R Feger,A Stelzer.Signal Model and Statistical Analysis for the Sequential Sampling Pulse Radar Technique.Radar Conference,2008:1-6.和Wolfgang Weidmann,Dirk Steinbuch.A High Resolution Radar for Short Range Automotive Applications.28th European Microwave Conference Amsterdam1998:590-594. 

对回波进行等效时间采样之后，需要进一步判断回波达到的时刻。阈值法是一种简单直接的方法，处理速度快，但阈值的选择受信号幅值和噪声的影响。质心法以信号的质心作为位置特征点，相对于阈值法它具有更高的稳 定性，但测量精度取决于信号形状和窗口大小，见文献“宋建辉.基于时域反射原理的电缆测长若干关键技术研究.哈尔滨工业大学,2010.”。Jacovitti和Scarano通过求取回波信号与参考信号之差的绝对值与平方和最小的位置，判断回波到达的时刻，在高信噪比下能获得较好的精度，见文献“Giovanni Jacovitti,Gaetano Scarano.Discrete Time Techniques for Time Delay Estimation.IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING,1993,41(2):525-533.”。相关法通过求取回波信号与参考信号相关函数最大值的位置亦可得到传播延时，并且能够较好地限制白噪声引入的误差。利用抛物线拟合对峰值点进行精细搜索可以获得亚采样时间的测量精度。但这种方法属于有偏估计，且在峰值位于两采样点中间时误差最大。 

当雷达物位计的安装位置靠近储罐侧壁或者罐体内具有平凸部时，侧壁和平凸部会产生虚假回波。罐体内部还常含有管道、梯子、混合搅拌器等障碍物，也会反射回波。同时当罐内物位较高时，微波会在罐顶和物面之间进行多次反射。这些都会形成虚假的物位信号，如不对其进行处理或辨别将会导致错误的测量结果。目前针对这一问题多从雷达物位计的安装方式上进行解决，尽量避免虚假信号的产生。然而某些情况下由于实际安装环境的限制，虚假信号并不能通过调整安装来完全消除，这便需要在雷达物位计的信号处理过程中对真实回波信号进行识别。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供回波采样单元及使用该单元的脉冲式雷达物位计，能辨别测量过程中的各种虚假回波，并对真实回波的到达时刻进行精确判定，从而得到高精度的物位测量结果。 

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为： 

一种回波采样单元，包括脉冲激励模块，脉冲激励模块分别向发射脉冲发生器和参考脉冲发生器提供脉冲信号，发射脉冲发生器的输出脉冲接发射天线，参考脉冲发生器的输出脉冲接混频器，混频器同时接接收天线，混频 器的输出接信号放大器，信号放大器的输出接低通滤波器，低通滤波器的输出接A/D变换器，所述脉冲激励模块接一个时序控制模块由其提供时序信号。 

所述A/D变换器的输出接数据处理及时序控制单元中的物面回波识别模块，所述物面回波识别模块的输出接传播延时精确测量模块，传播延时精确测量模块的输出接物位计算模块，所述数据处理及时序控制单元为一个独立处理器。例如STM32F103系列的ARM处理器。