一种雷达水位计量装置及雷达水位计量控制系统的制作方法

1.本发明实施例涉及雷达水位测量技术，尤其涉及一种雷达水位计量装置及雷达水位计量控制系统。


背景技术：

2.随着水文监测技术的发展，非接触式的水位测量以快捷、安全、精度高和适用广得到了大面积应用。雷达水位计采用非接触式水位测量方式，不受水中杂物影响，测量精度高。
3.过去的大量程的雷达基本都会带一个比较大的喇叭装置，喇叭装置会导致雷达水位及的盲区较大。现有的雷达水位计普遍使用扫描频率为60ghz以下，带宽也小，这两者造成了雷达水位计精度偏低。现有技术的雷达水位计功耗过高，体积过大，精度偏低，盲区过大。


技术实现要素：

4.本发明提供一种雷达水位计量装置及雷达水位计量控制系统，以实现提高雷达水位计量装置在各种环境下采集数据的稳定性、提高数据采集精度和降低功耗的效果。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种雷达水位计量装置，包括：发射模块、预处理模块、控制芯片、发射天线、接收模块、接收天线和滤波放大电路；
6.所述预处理模块与所述发射模块和所述控制芯片连接，用于根据所述控制芯片的控制指令产生预设频率范围的扫频信号；
7.所述发射模块，用于将所述扫频信号通过所述发射天线输出；
8.所述接收模块与所述预处理模块连接，用于通过所述接收天线接收目标物体反射的回波信号；
9.所述预处理模块还与所述滤波放大电路连接，还用于将所述回波信号进行混频和删选处理，得到第一目标回波信号并发送至所述滤波放大电路；
10.所述滤波放大电路与所述控制芯片连接，用于将所述第一目标回波信号进行滤波放大，得到第二目标回波信号并发送至所述控制芯片；
11.所述控制芯片，用于发送控制指令和对所述第二目标回波信号进行采样，并根据所述第二目标回波信号计算得到所述目标物体的目标距离。
12.可选的，所述预处理模块包括：时钟子模块、分频器、锁相环子模块、倍频器和混频子模块；
13.所述时钟子模块，用于产生60ghz的测试信号，并传输至所述分频器；
14.所述分频器，用于将所述测试信号进行32分频后，将分频信号发送至所述锁相环子模块；
15.所述锁相环子模块，用于根据所述分频信号生成控制vco，并反馈至所述时钟子模块控制所述时钟子模块产生扫频信号；
16.所述倍频器，用于将所述扫频信号倍频至预设频率后分两路输出信号输出；
17.所述混频子模块，用于将所述回波信号混频。
18.可选的，所述预处理模块还包括第一驱动子模块和第二驱动子模块；
19.所述第一驱动子模块，用于将第一路输出信号放大后驱动所述发射天线发射；
20.所述第二驱动子模块，用于将第二路输出信号放大后为所述混频子模块提供时钟信号。
21.可选的，所述混频子模块包括两个正交混频器，所述两个正交混频器之间存在90度移相。
22.可选的，所述预处理模块包括比较器，所述比较器用于比较同一时刻的所述回波信号，得到信号最强的回波信号作为所述第一目标回波信号。
23.可选的，所述预设频率范围为119ghz至125ghz。
24.可选的，所述接收模块还包括接收放大器，所述接收放大器与所述接收天线和所述混频子模块连接，用于将接收的所述回波信号放大后发送至所述混频子模块进行混频。
25.可选的，所述控制芯片还用于对所述第二目标回波信号进行数据过滤，删除突变数据。
26.可选的，所述滤波放大电路包括两路滤波放大子电路，第一路滤波放大子电路由第一放大器和第一滤波器串联组成，第二路滤波放大子电路由第二放大器和第二滤波器串联组成。
27.第二方面，本发明实施例还提供了一种雷达水位计量控制系统，该系统应用于如第一方面中任一项所述的雷达水位计量装置，包括：雷达水位计量装置和上位机，上位机与所述雷达水位计量装置的控制芯片进行通信。
28.本发明通过一种雷达水位计量装置包括发射模块、接收模块、预处理模块、控制芯片、滤波放大电路、发射天线和接收天线；预处理模块与发射模块和控制芯片连接，用于根据控制芯片的控制指令产生预设频率范围的扫频信号；发射模块，用于将扫频信号通过发射天线输出；接收模块与预处理模块连接，用于通过接收天线接收目标物体反射的回波信号；预处理模块还与滤波放大电路连接，还用于将回波信号进行混频和删选处理，得到第一目标回波信号并发送至滤波放大电路；滤波放大电路与控制芯片连接，用于将第一目标回波信号进行滤波放大，得到第二目标回波信号并发送至控制芯片；控制芯片，用于发送控制指令和对第二目标回波信号进行采样，并根据第二目标回波信号计算得到所述目标物体的目标距离。解决了水位计功耗过高，精度偏低，盲区过大的问题，达到了提高雷达水位计量装置在各种环境下采集数据的稳定性、提高数据采集精度和降低功耗的效果。
附图说明
29.图1为本发明实施例一提供的一种雷达水位计量装置的结构示意图；
30.图2为本发明实施例一提供的另一种雷达水位计量装置的结构示意图；
31.图3为本发明实施例三提供的一种雷达水位计量控制系统的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描
述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
33.实施例一
34.图1为本发明实施例一提供的一种雷达水位计量装置的结构示意图，图2为本发明实施例一提供的另一种雷达水位计量装置的结构示意图。
35.如图1所示，一种雷达水位计量装置，包括：发射模块100、预处理模块200、控制芯片300、发射天线400、接收模块500、接收天线600和滤波放大电路700；
36.所述预处理模块200与所述发射模块100和所述控制芯片300连接，用于根据所述控制芯片300的控制指令产生预设频率范围的扫频信号；
37.所述发射模块100，用于将所述扫频信号通过所述发射天线400输出；
38.所述接收模块500与所述预处理模块200连接，用于通过所述接收天线600接收目标物体反射的回波信号；
39.所述预处理模块200还与所述滤波放大电路700连接，还用于将所述回波信号进行混频和删选处理，得到第一目标回波信号并发送至所述滤波放大电路700；
40.所述滤波放大电路700与所述控制芯片300连接，用于将所述第一目标回波信号进行滤波放大，得到第二目标回波信号并发送至所述控制芯片300；
41.所述控制芯片300，用于根据所述第二目标回波信号计算得到所述目标物体的目标距离。
42.传统的雷达水位计普遍使用扫描频率为60ghz以下，带宽较小，造成雷达水位计的精度偏低。本发明提供的雷达水位计量装置可以产生119ghz-125ghz带宽的测试信号，根据控制芯片300的控制信号产生测试信号，并通过预处理模块200进行处理得到预设频率范围的扫频信号，其中，预设频率范围为119ghz至125ghz，相较于24ghz/26ghz雷达水位计，本实施例提供的雷达水位计量装置产生的测试信号具有扫描频率高，扫描带宽大，适用范围广的优点。发射模块100通过发射天线400以一定的功率将该扫频信号发射出去，扫频信号遇到物体后会产生回波信号，回波信号被接收天线600捕捉到，接收模块500将回波信号传输至预处理模块200进行预处理，回波信号中包含多个信号，经过滤波、放大和混频后，再经过删选得到第一目标回波信号，将第一目标回波信号调低到250khz左右，将第一目标信号发送至滤波放大电路700放大后得到第二目标回波信号，最终将第二目标回波信号以差分信号方式传递给控制芯片300进行处理，计算得到对应的目标物体与雷达水位计量装置的目标距离。
43.其中，预处理模块200包括比较器(未示出)，所述比较器用于比较同一时刻的所述回波信号，得到信号最强的回波信号作为所述第一目标回波信号。
44.预处理模块200将回波信号混频后，传输至比较器中进行比较，选择同一时刻中信号最强的回波信号作为第一目标回波信号，继续进行处理。删选处理去掉了信号质量差的信号，保证了进行后续处理的信号的准确性。信号最强的回波信号包含的数据完整，信号质量越高，作为后续处理的信号可以保证雷达水位计量装置检测的准确性。
45.进一步的，删选处理还可以为后端删选，所述控制芯片300还用于对所述第二目标回波信号进行数据过滤，删除突变数据。
46.控制芯片300根据一定规则将部分无效的信号进行删除，留下有用的信号，例如，
在短时间内出现突变的信号，可能是错误数据或无效数据，因此将其删除。
47.雷达水位计量装置在控制芯片初始化成功后，再依次给其他模块上电，通过对硬件的上电时序控制，达到了数据稳定的前提下功耗降低的目的，使得雷达水位计量装置整机的功耗在10ma。
48.本实施例的技术方案，通过一种雷达水位计量装置包括发射模块、接收模块、预处理模块、控制芯片、滤波放大电路、发射天线和接收天线；预处理模块与发射模块和控制芯片连接，用于根据控制芯片的控制指令产生预设频率范围的扫频信号；发射模块，用于将扫频信号通过发射天线输出；接收模块与预处理模块连接，用于通过接收天线接收目标物体反射的回波信号；预处理模块还与滤波放大电路连接，还用于将回波信号进行混频和删选处理，得到第一目标回波信号并发送至滤波放大电路；滤波放大电路与控制芯片连接，用于将第一目标回波信号进行滤波放大，得到第二目标回波信号并发送至控制芯片；控制芯片，用于发送控制指令和对第二目标回波信号进行采样，并根据第二目标回波信号计算得到所述目标物体的目标距离。解决了水位计功耗过高，精度偏低，盲区过大的问题，达到了提高雷达水位计量装置在各种环境下采集数据的稳定性、提高数据采集精度和降低功耗的效果。
49.实施例二
50.在上述实施例的基础上，进一步的，如图2所示，可选的，预处理模块200包括：时钟子模块210、分频器220、锁相环子模块(pll,phase locked loop)230、倍频器240和混频子模块250；
51.所述时钟子模块210，用于产生60ghz的测试信号，并传输至所述分频器220；
52.所述分频器220，用于将所述测试信号进行32分频后，将分频信号发送至所述锁相环子模块230；
53.所述锁相环子模块230，用于根据所述分频信号生成控制vco，并反馈至所述时钟子模块210控制所述时钟子模块210产生扫频信号；
54.所述倍频器240，用于将所述扫频信号倍频至预设频率后分两路输出信号输出；
55.所述混频子模块250，用于将所述回波信号混频。
56.可选的，所述预处理模块200还包括第一驱动子模块260和第二驱动子模块270；
57.所述第一驱动子模块260，用于将第一路输出信号放大后驱动所述发射天线400发射；
58.所述第二驱动子模块270，用于将第二路输出信号放大后为所述混频子模块250提供时钟信号。
59.时钟子模块210连接倍频器240和锁相环子模块230，还通过分频器220连接至锁相环子模块230；锁相环子模块230还连接控制芯片300；倍频器240连接第一驱动子模块260和第二驱动子模块270；第一驱动子模块260连接至发射天线400；第二驱动子模块270连接混频子模块250；混频子模块250连接接收天线600。
60.预处理模块200分别对发射信号和回波信号进行预处理。控制芯片300控制时钟子模块210产生60ghz的测试信号，预处理模块200将测试信号通过分频器220进行32分频，分频信号传输至锁相环子模块230，锁相环子模块230与控制芯片300连接，控制芯片300通过spi将算法写入锁相环子模块230，锁相环子模块230根据分频信号和算法生成控制voc，voc
是一个三脚波信号，voc反馈至时钟子模块210，控制时钟子模块210产生扫频信号，形成锁频的闭环环路，扫频信号经过倍频器240倍频到119ghz至125ghz范围内，并分成两路输出信号进行输出，倍频器240在提高扫描频率的同时可以降低雷达水位计量装置的功耗。
61.预处理模块200将倍频器240产生的两路输出信号分别传输至第一驱动子模块260和第二驱动子模块270，第一驱动子模块260与发射天线400连接，第一驱动子模块260将第一路输出信号放大后通过发射天线400以一定功率输出，即第一路输出信号还需要经过第一驱动子模块260进行放大，预处理模块200将第一路信号发送至第一驱动子模块260进行放大后通过发射天线400按一定功率发出；第二驱动子模块270将第二路输出信号放大后传输至混频子模块250，对混频子模块250提供时钟信号。
62.如图2所示，可选的，所述混频子模块250包括两个正交混频器，所述两个正交混频器之间存在90度移相。
63.两个正交混频器分别为第一混频器251与第二混频器252，二者之间存在90度的移相，本实施例中，发送至第一混频器251为时钟信号，发送至第二混频器252的为经过90度移相的时钟信号。
64.可选的，所述接收模块500还包括接收放大器510，所述接收放大器510与所述接收天线600和所述混频子模块250连接，用于将接收的所述回波信号放大后发送至所述混频子模块250进行混频。
65.接收到的经过目标物体反射的回波信号较微弱，需要经过与接收天线连接的接收放大器510进行放大再进行处理，放大后的回波信号经过混频子模块250的两个正交混频器进行混频处理。
66.回波信号经过存在90度移相的两个正交混频器进行混频，对回波信号进行正交解调，可以实现镜像抑制，有利于回波信号处理不丢失和淹没有用信号，进而灵敏度和精度都能得到保证。
67.如图2所示，滤波放大电路700包括两路滤波放大子电路，第一路滤波放大子电路710由第一放大器711和第一滤波器712串联组成，第二路滤波放大子电路720由第二放大器721和第二滤波器722串联组成。第一路滤波放大子电路710连接第一正交混频器251，用于将第一正交混频器251输出的信号进行放大和滤波，第二路滤波放大子电路720连接第二正交混频器252，用于将第二正交混频器252输出的信号进行放大和滤波；第一滤波器712和第二滤波器722均为低通滤波器。第一路滤波放大子电路710将第一正交混频器251输出的第一目标回波信号依次进行放大和滤波后发送至控制芯片300，第二路滤波放大子电路720将第二正交混频器252输出的第一目标回波信号依次进行放大和滤波后发送至控制芯片300；控制芯片300对第一目标回波信号进行adc采样，再根据傅里叶变换得出距离信息频率，将距离信息频率转换成距离信息，即目标物体距雷达水位计量装置的目标距离。
68.本实施例提供的雷达水位计量装置解决了水位计功耗过高，精度偏低，盲区过大的问题，达到了提高雷达水位计量装置在各种环境下采集数据的稳定性、提高数据采集精度和降低功耗的效果。
69.实施例三
70.图3为本发明实施例三提供的一种雷达水位计量控制系统的结构示意图。
71.如图3所示，一种雷达水位计量控制系统包括雷达水位计量装置1和上位机2，上位
机2与所述雷达水位计量装置1的控制芯片300进行通信，用于接收控制芯片300上传的水位信息，实现远程水位监测；还用于向控制芯片300发送控制信号以控制雷达水位计量装置1，实现远程控制雷达水位计量装置1进行水位采集。同时上位机2还可以向雷达水位计量装置1发送升级控制信号和升级数据，实现远程管理雷达水位计量装置1，无需工作人员现场操作，降低了人力成本，同时便于雷达水位计量装置1的维护和运行。
72.本实施例提供的雷达水位计量装置解决了水位计功耗过高，精度偏低，盲区过大的问题，达到了提高雷达水位计量装置在各种环境下采集数据的稳定性、提高数据采集精度和降低功耗的效果。
73.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种雷达水位计量装置，其特征在于，包括：发射模块、预处理模块、控制芯片、发射天线、接收模块、接收天线和滤波放大电路；所述预处理模块与所述发射模块和所述控制芯片连接，用于根据所述控制芯片的控制指令产生预设频率范围的扫频信号；所述发射模块，用于将所述扫频信号通过所述发射天线输出；所述接收模块与所述预处理模块连接，用于通过所述接收天线接收目标物体反射的回波信号；所述预处理模块还与所述滤波放大电路连接，还用于将所述回波信号进行混频和删选处理，得到第一目标回波信号并发送至所述滤波放大电路；所述滤波放大电路与所述控制芯片连接，用于将所述第一目标回波信号进行滤波放大，得到第二目标回波信号并发送至所述控制芯片；所述控制芯片，用于发送控制指令和对所述第二目标回波信号进行采样，并根据所述第二目标回波信号计算得到所述目标物体的目标距离。2.根据权利要求1所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述预处理模块包括：时钟子模块、分频器、锁相环子模块、倍频器和混频子模块；所述时钟子模块，用于产生60ghz的测试信号，并传输至所述分频器；所述分频器，用于将所述测试信号进行32分频后，将分频信号发送至所述锁相环子模块；所述锁相环子模块，用于根据所述分频信号生成控制vco，并反馈至所述时钟子模块控制所述时钟子模块产生扫频信号；所述倍频器，用于将所述扫频信号倍频至预设频率后分两路输出信号输出；所述混频子模块，用于将所述回波信号混频。3.根据权利要求2所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述预处理模块还包括第一驱动子模块和第二驱动子模块；所述第一驱动子模块，用于将第一路输出信号放大后驱动所述发射天线发射；所述第二驱动子模块，用于将第二路输出信号放大后为所述混频子模块提供时钟信号。4.根据权利要求3所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述混频子模块包括两个正交混频器，所述两个正交混频器之间存在90度移相。5.根据权利要求1所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述预处理模块包括比较器，所述比较器用于比较同一时刻的所述回波信号，得到信号最强的回波信号作为所述第一目标回波信号。6.根据权利要求1所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述预设频率范围为119ghz至125ghz。7.根据权利要求1所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述接收模块还包括接收放大器，所述接收放大器与所述接收天线和所述混频子模块连接，用于将接收的所述回波信号放大后发送至所述混频子模块进行混频。8.根据权利要求1所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述控制芯片还用于对所述第二目标回波信号进行数据过滤，删除突变数据。
9.根据权利要求1所述的雷达水位计量装置，其特征在于，所述滤波放大电路包括两路滤波放大子电路，第一路滤波放大子电路由第一放大器和第一滤波器串联组成，第二路滤波放大子电路由第二放大器和第二滤波器串联组成。10.一种雷达水位计量控制系统，该系统应用于如权利要求1-9中任一项所述的雷达水位计量装置，其特征在于，包括：雷达水位计量装置和上位机，上位机与所述雷达水位计量装置的控制芯片进行通信。

技术总结
本发明公开了一种雷达水位计量装置及雷达水位计量控制系统。雷达水位计量装置包括：发射模块、预处理模块、控制芯片、发射天线、接收模块、接收天线和滤波放大电路；预处理模块与发射模块和控制芯片连接，根据控制芯片的控制指令产生预设频率范围的扫频信号；接收模块与预处理模块连接，预处理模块还与滤波放大电路连接，将接收的回波信号进行混频和删选处理，得到第一目标回波信号并发送至滤波放大电路；滤波放大电路与控制芯片连接，将第一目标回波信号进行滤波放大，得到第二目标回波信号；控制芯片，根据第二目标回波信号计算得到目标物体的目标距离。实现了提高雷达水位计量装置在各种环境下采集数据的稳定性、提高数据采集精度和降低功耗的效果。采集精度和降低功耗的效果。采集精度和降低功耗的效果。


技术研发人员：吴振华 周志明 李丛 冯阳 邓权 张清波 戴聪聪 王桐 夏松柏 庞家勇
受保护的技术使用者：深圳市宏电技术股份有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8