适用于导波雷达的增益自适应调节方法及系统与流程

本发明涉及波导雷达测试领域，特别是涉及一种适用于导波雷达的增益自适应调节方法及系统。

背景技术：

工业自动化领域用于连续料位测量的导波雷达物位计是现代工业现场一种常见的仪表，测量原理是电磁波通过导波杆发射出去，遇到被测物质后部分能量被反射回来，经过电路处理，送由处理器采集，通过智能软件识别出有效回波，从而计算出仪表距离料位的距离，再依据安装罐体的高度，计算出实际的料高。

导波雷达测量的物质可以是液体、也可以是固体，被测物质的介电常数特性是一个重要的特性，是决定能不能使用导波雷达这种仪表测量的关健因数，被测物质介电常数的大小直接影响到反射的电磁波的大小，也就是仪表接收到的原始回波的大小，一般情况下，我们希望原始回波中有效反射信号的幅值不能太小，也不能太大，太小的话软件识别真实有效反射回波可能有困难，造成有效反射回波信号识别错误或者找不到有效反射回波信号，进一步造成仪表测量错误或者失波；反射信号太大的话容易造成AD采集信号满幅，有效反射信号顶部或者大部分满幅，AD采集的数据不能真实反映有效原始回波的形状，造成仪表测量精度的降低。除去介电常数的影响，传感器长度也影响反射信号幅值的大小，一般情况下，反射信号幅值的大小随着传感器长度的增长而减小。所以，将有效反射回波信号的大小控制在一个合理的范围以内是非常重要的。

为了解决这个问题，导波雷达物位计在设计时，已经考虑了这个问题，硬件上设计了三种增益，也即三种放大倍数，小增益、中增益、大增益，有了这三种增益，可以根据现场被测物质介电常数的大小人工手动去菜单选择设定合适的增益倍数。这样的做法不智能，需要人为去操作干预，而且在有些现场，被测物质的介电常数不明确，在个别现场，连被测物质是什么都不知道，更别提介电常数这个参数，所以人工手动去设定这个参数显然不能满足所有现场的需求，也不智能。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于导波雷达的增益自适应调节方法及系统，用于解决现有技术中不能自动调节导波雷达物位计的增益的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于导波雷达的增益自适应调节方法，预设多个由高到低的增益档位，预设一正常幅值范围，且预先设置一初始档位，所述方法包括：采集多个原始回波信号，对各所述原始回波信号进行模数转换后进行存储；对获取的多个反射波形的幅值进行比较，提取幅值最大的反射波形为有效反射波形；查找有效反射波形对应的波形位置；根据所述波形位置在所述原始回波信号中查找该波形位置对应的幅值为有效反射波形幅值；将所述有效反射波形幅值与预设的幅值阈值范围进行比较，当所述有效反射波形幅值在所述幅值阈值范围内时，维持当前增益档位；当所述有效反射波形幅值大于所述幅值阈值范围的最大值时，在当前档位的基础上减小一档并重复上述步骤；当所述有效反射波形幅值小于所述幅值阈值范围的最小值时，在当前档位的基础上增大一档并重复上述步骤。

于本发明一具体实施例中，所述初始档位为最大档位或最小档位。

于本发明一具体实施例中，以预设时间周期采集多个所述原始回波信号。

于本发明一具体实施例中，通过构建虚假回波，获取所述有效反射波形对应的波形位置以及所述有效反射波形幅值。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种适用于导波雷达的增益自适应调节系统，所述系统包括：预设模块，用以预设多个由高到低的增益档位，预设一正常幅值范围，且预先设置一初始档位；采集模块，用以采集多个原始回波信号，对各所述原始回波信号进行模数转换后进行存储；有效反射波形提取模块，用以对获取的多个反射波形的幅值进行比较，提取幅值最大的反射波形为有效反射波形；波形位置查找模块，用以查找有效反射波形对应的波形位置；有效反射波形幅值获取模块，用以根据所述波形位置在所述原始回波信号中查找该波形位置对应的幅值为有效反射波形幅值；档位调节模块，用以将所述有效反射波形幅值与预设的幅值阈值范围进行比较，当所述有效反射波形幅值在所述幅值阈值范围内时，维持当前增益档位；当所述有效反射波形幅值大于所述幅值阈值范围的最大值时，在当前档位的基础上减小一档并令所述采集模块、所述有效反射波形提取模块、所述波形位置查找模块、以及所述有效反射波形幅值获取模块重新执行；当所述有效反射波形幅值小于所述幅值阈值范围的最小值时，在当前档位的基础上增大一档并令所述采集模块、所述有效反射波形提取模块、所述波形位置查找模块、以及所述有效反射波形幅值获取模块重新执行。

于本发明一具体实施例中，所述初始档位为最大档位或最小档位。

于本发明一具体实施例中，以预设时间周期采集多个所述原始回波信号。

于本发明一具体实施例中，通过构建虚假回波，获取所述有效反射波形对应的波形位置以及所述有效反射波形幅值。

如上所述，本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节方法及系统，对采集的多个原始回波信号进行模数转换后进行存储；提取幅值最大的反射波形为有效反射波形；查找有效反射波形对应的波形位置；根据波形位置在原始回波信号中查找该波形位置对应的幅值为有效反射波形幅值；将有效反射波形幅值与预设的幅值阈值范围进行比较，当有效反射波形幅值在幅值阈值范围内时，维持当前增益档位；当有效反射波形幅值大于幅值阈值范围的最大值时，在当前档位的基础上减小一档并重复上述步骤；当有效反射波形幅值小于幅值阈值范围的最小值时，在当前档位的基础上增大一档并重复上述步骤。本发明可以自动、智能的对导波雷达的增益进行自适应的调节。

附图说明

图1显示为本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节方法在一具体实施例中的流程示意图。

图2显示为本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节方法在一具体实施例中应用的波形示意图。

图3显示为本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节方法在一具体实施例中应用的波形示意图。

图4显示为本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节方法在一具体实施例中应用的波形示意图。

图5显示为本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节系统在一具体实施例中的模块示意图。

元件标号说明

10 适用于导波雷达的增益自适应调节方法

11～15 步骤

20 适用于导波雷达的增益自适应调节系统

21 预设模块

22 采集模块

23 有效反射波形提取模块

24 波形位置查找模块

25 有效反射波形幅值获取模块

26 档位调节模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

为了使本发明之叙述更加详尽与完备，可参照附图及以下所述之各种实施例。但所提供之实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围；步骤的描述亦非用以限制其执行之顺序，任何由重新组合，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。

于实施方式与申请专利范围中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则「一」与「该」可泛指单一个或复数个。将进一步理解的是，本文中所使用的「包含」、「包括」、「具有」及相似词汇，指明其所记载的特征、区域、整数、步骤、操作、组件与/或组件，但不排除其所述或额外的其一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、组件、组件，与/或其中之群组。

关于本文中所使用的「网络」泛指具有结构关系、组成关系、连接关系、通信关系、运算关系、或逻辑关系的实体元件或抽象元件的关系组合，不局限于实际的通信网络。

请参阅图1，显示为本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节方法在一具体实施例中的流程示意图。具体为预设多个由高到低的增益档位，预设一正常幅值范围，且预先设置一初始档位，

所述方法10包括：

11：采集多个原始回波信号，对各所述原始回波信号进行模数转换后进行存储；

12：对获取的多个反射波形的幅值进行比较，提取幅值最大的反射波形为有效反射波形；

13：查找有效反射波形对应的波形位置；

14：根据所述波形位置在所述原始回波信号中查找该波形位置对应的幅值为有效反射波形幅值；

15：将所述有效反射波形幅值与预设的幅值阈值范围进行比较，当所述有效反射波形幅值在所述幅值阈值范围内时，维持当前增益档位；当所述有效反射波形幅值大于所述幅值阈值范围的最大值时，在当前档位的基础上减小一档并重复上述步骤；当所述有效反射波形幅值小于所述幅值阈值范围的最小值时，在当前档位的基础上增大一档并重复上述步骤，直到找到合适的档位进行档位的维持。优选的，所述初始档位为最大档位或最小档位。

于本发明一具体实施例中，以预设时间周期采集多个所述原始回波信号。

在另一具体实施例中，通过构建虚假回波，获取所述有效反射波形对应的波形位置以及所述有效反射波形幅值。

在一具体实施例中，CPU对原始回波反射信号进行AD采样，将结果放在CPU内部RAM区的数组SampleData[1000]中，CPU通过构建虚假回波，找到有效反射波形位置EchoLocation和对应有效反射波形位置信号幅值EchoLocation_Amp，利用有效反射位置信号幅值EchoLocation_Amp的大小，软件自动将增益放大倍数增加或减小，直到信号幅值大小在一个规定的合理范围以内，从而实现增益自动调整。

于本发明另一具体实施例中，增益自动调整的过程包括：

1)采集原始回波信号：软件将增益放大倍数设置为大增益，初始化CPU定时器模块、AD模数转换模块、DMA模块，定时器触发AD进行模数转换，AD转换完成后，DMA将AD转换结果传输到CPU内部RAM区中的数组SampleData[1000]中，SampleData[1000]即为原始回波，采集完1000个数据之后，DMA中断，等待CPU计算处理数据。

2)查找有效反射波形：根据对所有反射波形的幅值的比较，查找幅值最大的反射波形为有效反射波形位置，找到有效反射波形位置，存储在变量EchoLocation中。

3)确定反射波形幅值：找到有效反射波形位置之后，在原始回波数组SampleData[1000]对应找到相应位置的幅值，存储在变量EchoLocation_Amp中。如图2～4所示，有效反射波形位置为横坐标的101处。

4)确定增益倍数：判断有效反射波形位置幅值EchoLocation_Amp区间，具体为：

(1)EchoLocation_Amp≥220，说明当前增益放大倍数偏大，增益放大倍数减小一档，重复以上1)---4)步骤。如图2所示，101处对应的幅值为250大于220，此时，需要增益放大倍数需要减小一档。

(2)100＜EchoLocation_Amp＜220，说明当前增益放大倍数合适，维持当前增益放大倍数不变即可。如图3所示，101处对应的幅值约为210，大于100且小于220，可以维持当前增益的放大倍数。如图4所示，101处对应的幅值约为140，大于100且小于220，可以维持当前增益的放大倍数。

(3)EchoLocation_Amp≤100，说明当前增益放大倍数偏小，增益放大倍数增加一档，重复以上1)---4)步骤。

至此，导波雷达物位计增益自适应确定结束，通过自动确定增益放大倍数，将有效反射回波位置幅值控制在规定的范围以内。

进一步参阅图5，显示为本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节系统在一具体实施例中的模块示意图。所述适用于导波雷达的增益自适应调节系统20包括：

预设模块21，用以预设多个由高到低的增益档位，预设一正常幅值范围，且预先设置一初始档位；

采集模块22，用以采集多个原始回波信号，对各所述原始回波信号进行模数转换后进行存储；

有效反射波形提取模块23，用以对获取的多个反射波形的幅值进行比较，提取幅值最大的反射波形为有效反射波形；

波形位置查找模块24，用以查找有效反射波形对应的波形位置；

有效反射波形幅值获取模块25，用以根据所述波形位置在所述原始回波信号中查找该波形位置对应的幅值为有效反射波形幅值；

档位调节模块26，用以将所述有效反射波形幅值与预设的幅值阈值范围进行比较，当所述有效反射波形幅值在所述幅值阈值范围内时，维持当前增益档位；当所述有效反射波形幅值大于所述幅值阈值范围的最大值时，在当前档位的基础上减小一档并令所述采集模块、所述有效反射波形提取模块、所述波形位置查找模块、以及所述有效反射波形幅值获取模块重新执行；当所述有效反射波形幅值小于所述幅值阈值范围的最小值时，在当前档位的基础上增大一档并令所述采集模块、所述有效反射波形提取模块、所述波形位置查找模块、以及所述有效反射波形幅值获取模块重新执行。

于本发明一具体实施例中，所述初始档位为最大档位或最小档位。

于本发明一具体实施例中，以预设时间周期采集多个所述原始回波信号。

于本发明一具体实施例中，通过构建虚假回波，获取所述有效反射波形对应的波形位置以及所述有效反射波形幅值。

所述适用于导波雷达的增益自适应调节系统20为与所述所述适用于导波雷达的增益自适应调节方法10对应的系统项，两者技术方案一一对应，所有关于所述适用于导波雷达的增益自适应调节方法10的描述，均可应用于本实施例中，在此不加赘述。

综上所述，本发明的适用于导波雷达的增益自适应调节方法及系统，对采集的多个原始回波信号进行模数转换后进行存储；提取幅值最大的反射波形为有效反射波形；查找有效反射波形对应的波形位置；根据波形位置在原始回波信号中查找该波形位置对应的幅值为有效反射波形幅值；将有效反射波形幅值与预设的幅值阈值范围进行比较，当有效反射波形幅值在幅值阈值范围内时，维持当前增益档位；当有效反射波形幅值大于幅值阈值范围的最大值时，在当前档位的基础上减小一档并重复上述步骤；当有效反射波形幅值小于幅值阈值范围的最小值时，在当前档位的基础上增大一档并重复上述步骤。本发明可以自动、智能的对导波雷达的增益进行自适应的调节。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。