[发明专利]提供自动发射脉冲信号控制的多模式脉冲雷达

说明书

用于感测或测量储罐中产品材料的多模式脉冲雷达方法（200）包括为发射到产品材料的脉冲雷达信号提供（201）雷达信号衰减的测量。通过基于雷达信号衰减的测量选择脉冲宽度和脉冲振幅来实施一个或多个所发射的雷达脉冲参数的自动调整（202）。在信号模式2中当雷达信号衰减的测量为相对高时选择较高振幅和/或较宽脉冲，并且在信号模式1中当雷达信号衰减的测量为相对低时选择较低振幅和/或较窄脉冲。使用所选脉冲宽度和脉冲振幅来将雷达脉冲发射（203）到产品材料。处理从产品材料反射或散射（204）的目标信号以确定至少一个参数，诸如产品水平。

技术领域

所公开的实施例涉及用于通过使用发射到产品表面的雷达信号且分析从产品表面反射的雷达信号来确定产品在储罐中的水平（level）的系统和方法。

背景技术

标准实践是使用用于存储多种的液体（诸如饮料和石油产品）的大金属储罐。传统大储罐通常由非不锈钢板制成，并且在石油产品的情况下储罐通常由焊接在一起的从1/4英寸（0.63cm）到1/2英寸（1.27cm）厚的钢板制成。传统大储罐的尺寸通常在高为数百英尺（100英尺=30.5米）且直径为数百英尺中变动。

当其它感测方法难以提供可靠和/或准确信息时，非接触电磁检测和感测可以被用来确定对象的存在或特征（对象分类或形状）、或水平或到材料表面的距离。例如，在石油和天然气工业中，不准确或不可靠的罐水平测量可以引起罐水平测定应用中盈利性/收入的重大损失。散装储罐（直径为40-80米）中的1毫米（mm）水平测量的误差可以对应于若干立方米的体积误差。因为原油价格一般是每桶（1桶=42美加仑；159公升）至少$100，所以1mm的误差可以导致贸易和石油输送中包括的一方或多方的数千美元的损失。

无线电检测和测距（雷达）已经被用作一种类型的非接触产品水平测定达几十年。雷达系统包括耦合到位于产品（例如液体或固体）之上的雷达天线的用于将雷达信号发射到产品的发射器和耦合到该天线（或到另一天线）的用于接收从产品表面反射的雷达信号的接收器，以及用于基于所发射的雷达信号和所反射的雷达信号来确定产品水平的信号处理器。根据此方法，由发射电路驱动的天线发射撞击对象或表面（例如液体表面）的雷达信号。对象或表面将所发射的雷达信号/波的一部分在天线的方向上反射回去，该天线接收并耦合到处理所反射的雷达信号/波的接收电路。

广泛使用作为液位测量的无损/非接触传感器的脉冲雷达，因为它们相对便宜并且安装简单。所使用的雷达频率的选择是雷达系统的设计选择。与较低频率脉冲雷达（例如C波段，诸如（4GHz到8GHz））相比，较高频率脉冲雷达可以使用较小的天线，具有较窄的波束宽度并且提供较高准确性。然而，与较低频率脉冲雷达相比，较高频率脉冲雷达（例如，K波段，18到27GHz）并未经受住信号衰减。然而，尽管与较高频率脉冲雷达相比，较低频率脉冲雷达具有差的准确性和较大天线尺寸和宽波束宽度，且较低频率雷达遭受由雷达波束中出现的障碍物引起的不想要的反射的干扰，但是较低频率雷达可以相对较好地承受衰减且保持信噪比（SNR）相对地稳定。

发明内容

提供此发明内容来以简化的形式引入对下面在具体实施方式（包括所提供的附图）中进一步描述的公开概念的简短选择。此发明内容不意图限制要求保护的主题的范围。

所公开的实施例包括脉冲雷达系统和方法，其包括多模式脉冲发射器，该多模式脉冲发射器提供被配置成在高频带（诸如在18和27GHz（K波段）之间变动的微波频率范围中的无线电频谱的一部分中的K波段）中操作的自动发射脉冲信号控制，利用其来自动处理不同测量方案。如这里所使用的“多模式”指的是利用高或低振幅、窄或宽脉冲发射的脉冲雷达信号，可以基于所公开的软件和方法来对其自动切换以对不同应用方案进行响应，包括基于从雷达天线到罐中雷达天线下面的目标材料顶部的距离的信号模式选择。所公开的多模式雷达解决了高频脉冲衰减问题，与已知的雷达系统相比，这使得所公开的脉冲雷达系统能够使用较小的天线，并且能够实现以较高准确性来从较长距离进行测量。