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什么是调频连续波雷达物位计?

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调频连续波雷达的原理为发送具有一定带宽、频率线性变化的连续信号,再对接收到的连续信号进行快速傅里叶变换,通过发送与接收信号的频率差来计算两个信号的时间差,最后与脉冲波雷达物位计一样,由时间差得到对应的距离值。

雷达能够获取很高的精度,其精度主要取决于压控振荡器的线性度和温漂。

雷达通过发射频率调制的连续波信号,从回波信号中提取目标距离信息。为线性调频和非线性调频(如正弦波调频)两种。使用非线性调频方式时,每个目标产生的差拍频率不唯一,一般只适用于单目标的场合,如雷达高度计等;线性调频方式适合于用FFT算法测量频率,应用最广。这种方式使每个目标产生的差拍信号都是单一频率,但其对线性调频的线性度要求很高,比较常用的调制波形是三角波和锯齿波,物位仪表常用锯齿波高频方式。雷达发射和接收信号的原理如图1所示。

 

 

 

图1中,实线为雷达天线发送信号ft,虚线为雷达接收信号fr,B为信号的带宽。发射信号的调频周期T要远大于目标最大回波时延td,即信号由天线发送经物料反射,再由天线接收所经的时间td比信号期T要小得多。发送信号和接收信号由于时延引起频率的变换它们的频率差就是差频信号,可用fif表示。显然差额信号fif的大小正比于天线与目标间的距离R,即

 

 

公式②中:c- 光速,3×108 m/s;T- 信号周期, B 为信号带宽,均为已知参数。获得差频信号fif的值最简单的方法是利用傅里叶变换方法,通过频谱分析求得。与脉冲雷达相比,调频连续波方式测量线路较复杂,从而测量精确度较高,同时干扰回波也较易去除,一般用于较高端的测量方案。

雷达发射的是连续波比脉冲雷达的(峰值)功率小很多。发射功率小具有以下优点:

①电源电压大大降低,这对于用于油舱内液位测量系统的安全性非常重要;

②发射系统便于用固态器件实现,从而使得发射系统尺寸大大减小,可靠性提高;

③FMCW雷达极宽的信号带宽使其具有很高的距离分辨率和距离测量精度,以及较强的抗干扰性。