雷达料位计量的制作方法
【专利摘要】本公开涉及用于确定料箱中的产品表面距离的方法和雷达料位计系统。根据本发明的方法包括：i)生成传送信号作为第一脉冲序列；ii)通过使所述第一脉冲序列时延生成具有第二脉冲序列的参考信号；其中所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列中的每个脉冲具有基本上相同的波形和脉冲重复频率；iii)朝向产品表面引导所述传送信号；iv)接收反射信号；v)基于反射信号和参考信号之间的时间相关性来形成相关值；vi)针对至少三个不同的脉冲重复频率依次执行步骤i)至v)，直至存储至少三对相关值和相关联的脉冲重复频率为止；vii)基于所述至少三对相关值和相关联的脉冲重复频率以及所述固定的时延来确定所述距离。
【专利说明】
雷达料位计量
技术领域
[0001]本发明总体上涉及用于确定发射到料箱中并且被料箱中的容纳物的表面反射的信号的传播延迟的方法和雷达料位计。更具体地，本发明涉及基于检测传送信号和参考信号之间的相关性的雷达料位计量，传送信号和参考信号均具有脉冲序列的形式。【背景技术】
[0002]雷达料位计用于非接触测量诸如工艺流体、粒状化合物和其他物料的产品的料位。这些设备利用天线或探针朝向正被监控的物料传送电磁波并且接收在正被监控的物料的表面处被反射的电磁回波。随后使用所传送和接收的波之间的关系确定反射，即表面的位置。
[0003]在脉冲雷达料位计中，以典型地在100kHz至几MHz的范围内的重复频率将恒定功率的电磁脉冲传送到料箱中。这些脉冲可以是直流(DC)脉冲或者通过微波频率载波进行调制。脉冲可以被波导结构引导至料箱中，或者被允许自由传播。在接收器侧，接收来自料箱内部的反射，并且低频模拟料箱信号形成并且随后被数字化以形成数字时域反射计 CTDR)信号。通过使用幅度检测识别该TDR信号中的波峰来确定表面回波的位置。
[0004]然而，幅度检测作为识别料箱信号中的回波位置的唯一方法受到限制。原因在于， 波峰事实上是波形的包络，使得极难检测到波形的小的移位。为了获得令人满意的结果，包络需要具有尖锐的波峰，导致在依赖于幅度检测时对信号的脉冲调制的严格要求。除此之夕卜，模/数(A/D)转换器的分辨率需要相对高，因为引起饱和信号的系统中的限制可能进一步降低测量性能。图1中图示了该情形，其示出了表示正在两个位置之间略微移位时间S 的调制脉冲的反射的波形，以及所得到的几乎不可检测到的包络最大值的差异。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于放宽系统要求，并且提供用于准确地检测料箱信号中的表面回波的改进方法。
[0006]根据本发明的第一方面，该目的和其他目的通过如下方法实现:一种用于基于在预先限定的参照物和料箱中的产品的表面之间传播的电磁信号的时延来确定距所述产品的表面的距离的方法，所述方法包括如下步骤:
[0007]i)生成具有第一脉冲序列的形式的传送信号，所述第一脉冲序列具有预定的脉冲重复频率，所述第一脉冲序列包括具有恒定的脉冲重复频率的至少5个脉冲；
[0008]ii)通过如下方式生成具有第二脉冲序列的形式的参考信号:生成所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的相对彼此的预先限定的和固定的时延；
[0009]其中所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列中的每个脉冲具有基本上相同的波形；
[0010]iii)将所述传送信号作为电磁信号引导至料箱中，并且允许所述信号朝向所述表面传播；
[0011]iv)接收从料箱反射的反射信号；
[0012]V)基于反射信号和参考信号的脉冲之间的时间相关性来形成相关值，并且存储所述相关值和相关联的脉冲重复频率；
[0013]vi)针对至少三个不同的脉冲重复频率依次执行步骤i)至V)，直至存储至少三对相关值和相关联的脉冲重复频率为止；
[0014]Vii)基于所述至少三对相关值和相关联的脉冲重复频率以及参考信号和传送信号之间的所述固定的时延来确定所述距离。
[0015]根据本发明的第二方面，以上目的和其他目的通过如下系统实现:一种用于基于在预先限定的参照物和保存在料箱中的产品的表面之间传播的电磁信号的时延来确定距所述产品的表面的距离的雷达料位计系统，所述雷达料位计系统包括:
[0016]_传送器，用于传送具有第一脉冲序列的形式的传送信号，所述第一脉冲序列具有恒定的脉冲重复频率并且包括至少5个脉冲；
[0017]-传播设备，适于接收所述传送信号并且将所述传送信号作为电磁信号引导至料箱中，并且允许所述信号朝向所述表面传播，
[0018]_接收器，用于接收在所述料箱中反射的反射信号，
[0019]-延迟电路，适于通过接收所述传送信号并且使接收到的脉冲序列中的脉冲延迟预先限定的和固定的时延来生成参考信号，
[0020]其中所述传送信号的脉冲序列中的每个脉冲和所述参考信号的脉冲序列中的每个脉冲具有基本上相同的波形，
[0021]_混频器，适于接收所述反射信号和所述参考信号，并且生成表示参考信号的脉冲和反射信号的脉冲之间的时间相关性的相关值，
[0022]-控制电路，适于控制所述传送器处的所述传送信号的脉冲重复频率，
[0023]-处理电路，适于接收至少三个不同的脉冲重复频率以及与所述至少三个不同的脉冲重复频率中的每个相关联的相关值，并且基于所述至少三个不同的脉冲重复频率、相关联的相关值和固定的时延来确定所述距离。
[0024]基本上，本发明基于如下实现方案，可以通过改变对于参考信号和反射信号二者公共的PRF来估计目标距离或者距表面的距离，以便确定参考信号和反射信号之间的一致性，并且随后基于与一致性对应的PRF值以及参考信号的时延根据“飞行时间”来计算目标距离。
[0025]根据上文的方法和系统是有利的，因为通常可以基于PRF周期来管理PRF的调节， 这实现了快速的调节响应。通常可以在调节间隔内即时地变为任何期望的频率。这实现了用于扫频(sweep)的测量的升频和/或降频，同时保持足够的分辨率。例如，这可以用于根据系统要求提高灵敏度和/或降低功率。
[0026]同样有利的是，该方法可以通过仅改变PRF而不改变例如参考信号的时延来执行。因此，这放宽了对延迟电路的精度和控制的需求。
[0027]此外，该方法通常仅使用一个PRF生成器和一个射频生成器来执行，因此系统复杂度和成本通常还有能耗降低。与仅使用一个传送器和将信号一分为二相关的另一优点在于放宽了对用于跟踪实际延迟的“固态”或绝对参照物的需求。与仅使用一个传送器相关的第三优点在于能够在范围内放大较小的时间间隔，例如集中于该较小的时间间隔，以实现较高的灵敏度。第四优点在于，由于仅使用一个传送器并且信号被一分为二，因此脉冲宽度等对于这两个信号是相同的。
[0028]通常，在形成相关值时使用的脉冲数目越高，则精度越好并且噪声越低。然而，如果仅需要粗略值，则例如5个脉冲或10个脉冲可能是足够的。然而，脉冲数目也可能是更高的，诸如20、50、100、1000或10000。出于实际观点，所生成的脉冲数目通常应足够多以实现高于噪声水平的输出值。换言之，脉冲数目通常应足够多以考虑例如时间常数和相关联的混频器。
[0029]根据一个示例，信号生成器或者用于对传送信号进行传送的传送器包括DDS (直接数字合成器)和/或VC0(压控振荡器)和/或PLL(锁相环)。使用例如DDS是有利的， 因为能够将调制模式的变化应用于PRF，诸如用于跟踪单个或多个回波的模式，并且可以设计完整范围的周期性扫描。
[0030]广泛的多种不同的算法可用于检测实际的一致性，例如具有目标间隔的降频扫频，其中一个间隔调节PRF以使混频器的DC输出最大。此外，在智能接收器设计中可以组合锁相或扫频检测。
[0031]此外，同一脉冲重复频率用于传送信号和参考信号两者，使得能够仅使用一个传送器或信号生成器并且因此提高了系统准确性。因此，检测与脉冲波形和调制无关，显著降低了对脉冲调制的要求。
[0032]相关值表示参考信号的脉冲和反射脉冲之间的时间相关性。如下文将描述的，理论近似基于反射信号与其自身的交叉相关。然而，只要(将被反射的)传送信号中的脉冲和(将被延迟的)参考信号中的脉冲具有基本上相同的波形，反射信号与参考脉冲的相关性将给出令人满意的结果。应注意，实际波形自身并不重要，只要其对于传送信号和参考信号相同即可。
[0033]通过混合两个输入信号，使得每当参考脉冲通过反射信号的时域时，生成指示时间相关性的脉冲。随后可以将脉冲提供给采样保持电路以形成连续信号。[〇〇34] 可以以许多不同的方式设定所生成的或使用的用于确定所述第一处理参数的不同PRF的数目。以下是三个非限制性示例。
[0035]根据一个示例，根据所述第一方面的方法的步骤V)中，步骤i)至iv)的执行被进行预定次数，例如5次或10次或50次或500次或5000次或100000次；分别生成5、10、50、 500或100000个不同的PRF。换言之，可以使用任何适当数目的PRF，使得可以分析反射信号的任何期望的部分。也就是说，反射信号的被分析的部分的范围可以是从与仅几微米对应的距离到整个料箱长度。也就是说，所生成的PRF可以覆盖从仅几微米到整个料箱长度的任何范围，并且跨越该长度均匀分布或者被一起编组为一个或更多个群组。作为示例，如果使用3个或100000个不同的PRF，则它们可以散步在整个料箱长度上；或者在反射信号的至少一个区间，例如预期出现参考信号和反射信号之间的时间一致性的区间，被一起编组。换言之，两个接续的PRF之间的比可以被任意选择，以便配合要处理的应用。根据另一示例，在根据所述第一方面的方法的步骤v)中，步骤i)至iv)的执行被进行，直到检测到或识别到传送信号和参考信号之间的时间相关性的最大值为止。
[0036]根据另一示例，在根据所述第一方面的方法的步骤v)中，步骤i)至iv)的执行被进行，直到满足第一条件为止，第一条件是以下至少之一:相关值超过预定值，相关值下降到预定值以下以及相关值等于预定值。
[0037]此外，可以基于式TE= Td - 1/PRF确定所述处理值，其中T E是反射信号相对于传送信号的延迟时间，Td是参考信号的预定的和固定的时延，并且PRF是参考信号和反射信号二者的脉冲重复频率。
[0038]存在许多不同的方式用于确定在计算距离时要使用的PRF。
[0039]根据一个示例，在根据所述第一方面的方法的步骤vi)中，分析所存储的相关值和相关联的脉冲重复频率的对的步骤包括识别和/或返回与在步骤v中存储的相关值中的最高的相关值相关联的脉冲重复频率。
[0040]根据一个示例，在根据所述第一方面的方法的步骤Vii)中，分析所存储的相关值和相关联的脉冲重复频率的对的步骤包括使用统计方法，诸如内插和曲线拟合，以确定与测量信号和反射信号之间的最高的时间相关性相关联的脉冲重复频率。换言之，所确定的 PRF可能是在步骤v)中存储的值中的值。
[0041]此外，如果将实现无歧义性，则有利的是，参考信号的预定的和固定的时延长于1/ PRF，以及参考信号较之传送信号的延迟时间。换言之，Td>l/PRF以及Td>TE。其中TE是反射信号相对于传送信号的延迟时间，Td是参考信号的预定的和固定的时延，并且PRF是参考信号和反射信号二者的脉冲重复频率。
[0042]此外，有利地，选择PRF，使得满足如下表达式，1/PRF>TE_-TE_，其中PRF是参考信号和反射信号二者的脉冲重复频率，TE_是反射信号在所关注的最低表面料位处的时延， 而TE_是反射信号在所关注的最高表面料位处的时延。
[0043]有利地，所述传送器包括用于生成脉冲序列的脉冲生成器。
[0044]此外，混频器可以被布置成提供关于参考信号的每个脉冲的输出脉冲，每个输出脉冲等于所述参考脉冲和所述反射信号的时间相关性。
[0045]此外，雷达料位计系统可以包括采样保持电路，其适于从所述混频器接收所述输出脉冲并且提供连续输出，该连续输出在每个给定的时刻等于来自混频器的最新的输出脉冲，所述连续输出被用作所述相关值。
[0046]有利地，所述延迟电路引入的预定的和固定的时延对于所述至少三个不同的脉冲重复频率中的每个是相同的。根据一个示例，提供参考回波以利于补偿任何延迟元件中的温度依赖性。[〇〇47]此外，所述传播设备可以包括以下至少之一:用于所述电磁信号的引导波传送的探针、用于所述电磁信号的自由传播的天线、以及用于所述电磁信号的引导传播的中空波导。【附图说明】[〇〇48]现将参照附图更详细地描述本发明的这些方面和其他方面，附图示出了本发明的当前优选的实施例。
[0049]图1是在时间上略微移位的两个反射脉冲的时间图。
[0050]图2a示意性图示了安装在示例性料箱中的根据本发明的实施例的料位计系统。
[0051]图2b是图2a中图示的料位计系统中包括的测量电子单元的示意性图示。
[0052]图3是根据本发明的一个实施例的脉冲雷达料位计量系统的框图。
[0053]图4是图2和3中所示的RLG系统中的各种信号的示意性表示。
[0054]图5是图示根据本发明的方法的步骤的框图。【具体实施方式】
[0055]在这里的【具体实施方式】中，参照非接触类型的脉冲雷达料位计系统主要讨论了根据本发明的雷达料位计系统的各种实施例，其中使用具有辐射天线，诸如锥形天线、喇叭天线、阵列天线或贴片天线的形式的传播设备朝向料箱中包含的产品传播电磁信号。
[0056]应当注意，这绝非限制本发明的范围，这同样可应用于利用具有探针，诸如单线探针(包括所谓的Goubau探针)、双引线探针、同轴探针等的形式的传播设备的脉冲引导波雷达(GWR)料位计系统。
[0057]图2a示意性图示了包括测量电子单元2以及具有辐射天线设备3的形式的传播设备的根据本发明的实施例的料位计系统1。雷达料位计系统1设置在料箱5上，料箱5部分地填充有要计量的产品6。在图1中图示的情况下，产品6是液体，诸如水或基于石油产品，但是该产品也同样可以是固态的，诸如谷物或塑料小球。通过分析天线设备3朝向产品 6的表面7辐射的传送信号ST，以及从表面7行进回来的反射信号SR，测量电子单元2可以确定参考位置和产品6的表面7之间的距离，从而可以推导出填充料位。参考位置可以是例如天线设备3的位置。应当注意，尽管这里讨论包含单个产品6的料箱5,但是可以以相似的方式测量距料箱5中存在的任何物料界面的距离。
[0058]如图2b中示意性图示的，电子单元2包括用于传送和接收电磁信号的收发器10、 连接到收发器10用于控制收发器并且处理收发器接收到的信号以确定料箱5中的产品6 的填充料位的处理单元11。
[0059] 此外，处理单元11可以经由接口 12连接到外部通信线路13用于模拟和/或数字通信。此外，尽管图2b中没有示出，但是雷达料位计系统1典型地可以连接到外部电源，或者可以通过外部通信线路13向其供电。替选地，可以本地地向雷达料位计系统1供电，并且可以被配置成无线地通信。
[0060] 尽管在图2b中被示出为分离的模块，但是收发器10、处理电路11和接口 12中的若干个可以设置在同一电路板上。
[0061]此外，在图2b中，收发器10被示出为与料箱5的内部分离并且经由穿过设置在料箱壁中的馈送通孔15的导体14连接到天线设备3。应当理解，情况不一定是这样，并且收发器10至少可以设置在料箱5的内部。例如，在如图2b中示意性图示的那样天线设备3被设置成贴片天线的形式的情况下，收发器10和贴片天线3至少可以设置在同一电路板上。
[0062]图3示出了设置在包含产品6的料箱5中的脉冲雷达系统1的简化框图，将测量产品6的料位h。该系统包括脉冲生成器110,其适于生成短的连续三角脉冲以使调制器111 产生具有预定的脉冲重复频率PRF的短的相干RF调制脉冲的脉冲序列tx。调制频率frf 优选地是2至10GHz或更高，并且重复频率PRF典型地是几MHz。这些脉冲根据系统中所需的回波的分辨率具有典型地大于100皮秒直至几纳秒的持续时间T。
[0063]调制器111的输出连接到传播设备112,传播设备112适于允许电磁信号传播到料箱中并且返回从料箱反射的电磁信号。如这里图示的，传播设备112包括两个自由辐射天线112a、112b (—个发射天线和一个接收天线)，或者仅包括一个天线和允许该一个天线用作发射器和接收器二者的定向耦合器。替选地，传播设备可以包括延伸到料箱中的波引导探针。该探针可以是双联探针(twin probe)、同轴探针或表面引导探针。
[0064] 调制器111的输出还连接到延迟电路113,延迟电路113引入与传送信号tx相关的预定的和固定的时延Td。延迟电路的输出被称为参考信号rx，并且连接到混频器116的一个输入端子。换言之，参考信号rx的脉冲具有相同的脉冲重复频率PRF以及与传送信号 tx中的脉冲基本上相同的波形。[〇〇65] 混频器116的另一输入端子连接到传播设备112。混频器116的输出连接到积分器119,诸如采样保持电路，继而连接到A/D转换器120。连接到处理器122的时序控制121 被布置成控制脉冲生成器110 ;并且还向处理器提供来自A/D转换器120的输出用于确定测量结果。
[0066] 在使用中，向传播设备112提供来自调制器111的脉冲序列tx，传播设备112朝向产品的表面7引导电磁信号。反射波refl被传播设备112返回并且提供给混频器116。 这里未示出的放大器(低噪声放大器LNA)可以可选地设置在混频器前面以便提高系统灵敏度。[〇〇67]接收信号ref 1将继续以等于脉冲重复频率PRF的速率向混频器提供脉冲，但是具有固定的延迟Techo。该延迟是内部固定延迟和信号行进从传播设备出发并返回的距离，即距离2h的往返时间的和。来自仪器的传送器和接收器部分中的内部距离的延迟被视为已知的，使得能够区分该距离。
[0068]利用来自调制器14的参考信号rx在混频器中对接收信号refl “采样”。混频器仅在两个输入上的输入信号同时可用时提供输出，而这在参考信号rx通过接收信号ref 1 的时域时发生。通过期间的每个这样的相关或样本产生了与输入信号的瞬时积成比例的脉冲。来自混频器16的输出被提供给采样保持电路119，其生成连续的模拟料箱信号IF，表示信号rx和ref 1的交叉相关。图4中图示了该处理和各种信号。[〇〇69]参照图4a和4b，描述了料位测量底层的基本原理。在图4a所示的第一示例中，传送信号tx具有第一脉冲重复频率PRF1，导致等于1/PRF1的脉冲TPRF1之间的时间间隔。如上文所述，较之传送信号tx,参考信号被延迟TD，TD大于T PRF1但是小于2*TPRF1;并且较之传送信号tx,反射信号refl被延迟TE。此外，所有信号tx、rx和refl具有相同的脉冲重复频率。
[0070]在图4b中所示的第二示例中，除了脉冲重复频率PRF2略微降低，S卩PRF2〈PRF1之夕卜，全部等于针对图5b描述的示例。如在图5a和5b中可以看见的，较之图5a，图5b中的参考信号rx和反射信号ref 1之间的时间相关性更高，因为图5b中的信号之间的时间间隔略低。换言之，假设参考信号rx的时间延迟TD以及导致信号之间的时间一致性的脉冲重复频率PRF是已知的，则反射信号TE相对于传送信号的延迟可以根据下式计算:T E= T D-l/ PRF〇
[0071]此外，通过改变传送信号tx的脉冲重复频率,从而还改变反射信号ref 1和参考信号rx的脉冲重复频率；并且分析关于不同脉冲重复频率的反射信号ref 1和参考信号rx的时间相关值，可以接收关于参考信号rx和反射信号refl之间的时间相关性的信息。
[0072]根据一个示例，生成一组不同的脉冲重复频率，并且识别关于不同的脉冲重复频率的相关联的时间相关值，即参考信号rx和反射信号ref 1之间的时间相关值。基于此，与高度时间一致性对应的脉冲重复频率被选择并且用于确定te。
[0073]根据一个示例，生成预定数目的不同的脉冲重复频率。一般地，要生成的不同的脉冲重复频率的数目通常是保持低的时间和功耗与提高测量准确度之间的权衡。例如，如果已知回波在特定距离内，则粗略地覆盖该距离的少数的PRF可以被生成并且用于实现回波位置的粗略指示。随后，可以生成更多的PRF，其更窄地覆盖回波的假想位置的近区。通过这种迭代的或升频的处理，可以以期望的准确度确定回波位置。
[0074]通常，一个脉冲序列中的脉冲数目是时间和能耗与测量准确度之间的权衡。形成相关值时使用的脉冲数目越高，则准确度越好并且噪声越低。然而，如果仅需要粗略值，则例如5个脉冲或10个脉冲可能是足够的。然而，脉冲数目也可以更高，诸如20或50或100 或1000或10000。出于实际观点，所生成的脉冲数目通常应足够多，以实现高于噪声水平的输出值。换言之，脉冲数目通常应足够多以考虑例如时间常数和相关联的混频器。
[0075]图4c示意性地图示了如何使用5个不同的PRF用于在相关波峰上放大。在图顶部，根据本发明的一个实施例，存在来自混频器的实时信号。假设距表面的恒定距离h [如图3中所示]，如五个坚直虚线指示的，五个不同的PRF值随后将对应于来自混频器的实时信号的五个不同部分。在图4c的底部处，存在来自混频器的实时信号的时间扩展，其中五个不同的区间指示从积分器19接收到的时间扩展。根据该示例，正波峰对应于参考信号和反射信号之间的真实一致性，而负波峰对应于当补偿例如延迟元件的温度依赖性时使用的参考波峰；负波峰是信号路径中某处的参考回波。换言之，可以使用任何适当数目的PRF， 使得可以分析反射信号的任何期望部分。就是说，被分析的反射信号的部分的范围可以从对应于仅几个微米的距离到整个料箱长度。就是说，所生成的PRF可以覆盖从仅几个微米到整个料箱长度的任何范围，并且跨越该长度均匀地分布或者一起编组成一个或更多个群组。此外，两个接续的PRF之间的比可以被任意选择以便配合要处理的应用。
[0076]为了提供无歧义性，即每个PRF仅可以对应于一个TE，脉冲之间的时间间隔1/PRF 应优选地大于最长的预期TE。此外，参考信号的延迟应优选地被选择成Td/2〈l/PRF〈Td。
[0077]如果目标范围足够短和/或内部时延TD足够长，则该方法可以被通用化为检测T E =TD-m/PRF处的一致性，其中m是大于或等于1的整数，测量内部脉冲与反射脉冲一致时晚了多少个PRF周期。
[0078]在图5中呈现了如下方法的步骤的框图:一种用于基于在预先限定的参照物和料箱中的产品的表面之间传播的电磁信号的时延来确定距所述产品的表面的距离的方法，所述方法包括如下步骤:
[0079]i)生成具有第一脉冲序列的形式的传送信号，所述第一脉冲序列具有预定的脉冲重复频率，所述第一脉冲序列包括具至少5个脉冲；
[0080]ii)通过如下方式牛成具有第二脉冲序列的形式的参考信号:牛成所沭第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的相对彼此的预先限定的和固定的时延;
[0081]其中所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列中的每个脉冲具有基本上相同的波形；
[0082]iii)将所述传送信号作为电磁信号引导至料箱中，并且允许所述波朝向所述表面传播；
[0083]iv)接收从料箱反射的反射信号；
[0084]v)基于反射信号和参考信号的脉冲之间的时间相关性来形成相关值，并且存储所述相关值和相关联的脉冲重复频率；
[0085]vi)针对至少三个不同的脉冲重复频率依次执行步骤i)至v)，直至存储至少三对相关值和相关联的脉冲重复频率为止；
[0086]vii)基于所述至少三对相关值和相关联的脉冲重复频率以及参考信号和传送信号之间的所述固定的时延来确定所述距离。[〇〇87]换言之，提供了一种雷达料位计系统1，用于基于在预先限定的参照物3和所述产品7的表面之间传播的电磁信号的时延TE来确定距料箱5中的容纳物的距离h，所述雷达料位计系统包括:
[0088]_传送器110,用于传送具有第一脉冲序列的形式的传送信号tx，所述第一脉冲序列具有第一脉冲重复频率PRF并且包括至少5个或10个脉冲；
[0089]-传播设备112a，适于接收所述传送信号并且将所述传送信号作为电磁信号引导至料箱中，并且允许所述波朝向所述表面传播，
[0090]-接收器112b，用于接收在所述料箱中反射的反射信号，
[0091]-延迟电路113,适于通过接收所述传送信号并且使接收到的脉冲序列中的脉冲延迟预先限定的和固定的时延TD来生成参考信号rx，
[0092]其中所述传送信号tx的脉冲序列中的每个脉冲和所述参考信号rx的脉冲序列中的每个脉冲具有基本上相同的波形，
[0093]_混频器116,适于接收所述反射信号ref 1和所述参考信号rx，并且生成表示参考信号的脉冲和反射信号的脉冲之间的时间相关性的相关值cv，
[0094]-控制电路121，适于控制所述传送器110处的所述传送信号的脉冲重复频率，
[0095]-处理电路122,适于接收至少三个不同的脉冲重复频率以及与所述至少三个不同的脉冲重复频率中的每个相关联的相关值，并且基于所述至少三个不同的脉冲重复频率 PRFx、相关联的相关值cvx和固定的时延TDx来确定所述处理值h。
[0096]注意，上文参照少量实施例主要讨论了本发明。然而，如本领域技术人员易于认识到的，除了以上公开的实施例之外的其他实施例同样可以在如所附权利要求限定的本发明的范围内。
[0097]进一步注意，在权利要求中，词“包括”并未排除其他元件或步骤，并且不定冠词 “一个(a或an)”并未排除多个。单个装置或其他单元可以满足权利要求中记载的或者图中所示的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施这一事实并非指示这些措施的组合不能被有利地使用。
【主权项】
1.一种用于基于在预先限定的参照物和料箱中的产品(6)的表面(7)之间传播的电磁 信号的时延来确定距所述产品的表面的距离(h)的方法，所述方法包括如下步骤:i)生成具有第一脉冲序列的形式的传送信号(tx)，所述第一脉冲序列具有预定的脉 冲重复频率(PRF)，所述第一脉冲序列包括具有恒定的脉冲重复频率的至少5个脉冲；ii)通过如下方式生成具有第二脉冲序列的形式的参考信号(rx):生成所述第一脉冲 序列和所述第二脉冲序列之间的相对彼此的预先限定的和固定的时延(TD);其中所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列中的每个脉冲具有基本上相同的波形；iii)将所述传送信号作为电磁信号引导至料箱中，并且允许所述信号朝向所述表面传 播；iv)接收从料箱反射的反射信号(ref 1);v)基于反射信号和参考信号的脉冲之间的时间相关性来形成相关值(corr)，并且存 储所述相关值和相关联的脉冲重复频率；vi)针对至少三个不同的脉冲重复频率(PRh 3)依次执行步骤i)至v)，直至存储至少 二对相关值(corn)和相关联的脉冲重复频率(PRFn)为止；vii)基于所述至少三对相关值和相关联的脉冲重复频率以及参考信号和传送信号之 间的所述固定的时延来确定所述距离。2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤vi)中，步骤i)至v)的执行被进行预定次数。3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤vi)中，步骤i)和v)的执行被进行，直到 识别到传送信号和参考信号之间的时间相关性的最大值为止。4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤vi)中，步骤i)至v)的执行被进行，直到 满足第一条件为止，所述第一条件是以下至少之一:相关值超过预定值，相关值下降到预定 值以下以及相关值等于预定值。5.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤vii)中，基于式T E= Td - 1/PRF确定所述 处理值，其中TE是反射信号相对于传送信号的延迟时间，Td是参考信号的预定的和固定的 时延，并且PRF是参考信号和反射信号二者的脉冲重复频率。6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤vii)包括识别与在步骤v)中存储的相关值 中的最高的相关值相关联的脉冲重复频率。7.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤vii)中包括使用内插确定与测量信号和反 射信号之间的最高的时间相关性相关联的脉冲重复频率。8.根据权利要求1所述的方法，其中参考信号的预定的和固定的时延大于脉冲重复频 率以及反射信号较之传送信号的延迟时间二者。9.根据权利要求8所述的方法，其中1/PRF>T E_-TE_，其中PRF是至少三个脉冲重复 频率中的任何脉冲重复频率，TE_是反射信号在所关注的最低表面料位处的时延，而TE_是 反射信号在所关注的最高表面料位处的时延。10.—种用于基于在预先限定的参照物和保存在料箱(5)中的产品￠)的表面(7)之 间传播的电磁信号(TD)的时延来确定距所述产品的表面的距离(h)的雷达料位计系统，所 述雷达料位计系统包括:-传送器(3)，用于传送具有第一脉冲序列的形式的传送信号(tx)，所述第一脉冲序列具有恒定的脉冲重复频率(PRF)并且包括至少5个脉冲；-传播设备(112a)，适于接收所述传送信号并且将所述传送信号作为电磁信号引导至 料箱中，并且允许所述信号朝向所述表面传播，_接收器(112b)，用于接收在所述料箱中反射的反射信号(refl)，-延迟电路(113)，适于通过接收所述传送信号并且使接收到的脉冲序列中的脉冲延 迟预先限定的和固定的时延(TD)来生成参考信号(rx)，其中所述传送信号的脉冲序列中的每个脉冲和所述参考信号的脉冲序列中的每个脉 冲具有基本上相同的波形，_混频器(116)，适于接收所述反射信号和所述参考信号，并且生成表示参考信号的脉 冲和反射信号的脉冲之间的时间相关性的相关值(c〇rrMW)，-控制电路(121)，适于控制所述传送器处的所述传送信号的脉冲重复频率，-处理电路(122)，适于接收至少三个不同的脉冲重复频率以及与所述至少三个不同 的脉冲重复频率中的每个相关联的相关值，并且基于所述至少三个不同的脉冲重复频率、 相关联的相关值和固定的时延来确定所述距离。11.根据权利要求10所述的雷达料位计系统，其中所述传送器(3)包括用于生成脉冲 序列的脉冲生成器(110)。12.根据权利要求10或11所述的雷达料位计系统，其中所述混频器被布置成提供关于 反射信号的每个接收脉冲的输出脉冲，每个输出脉冲等于所述参考信号和所述反射信号的 时间相关性。13.根据权利要求12所述的雷达料位计系统，进一步包括采样保持电路，其适于从所 述混频器接收所述输出脉冲并且提供连续输出，所述连续输出在每个给定的时刻等于来自 混频器的最新的输出脉冲，所述连续输出被用作所述相关值。14.根据权利要求10所述的雷达料位计系统，其中所述延迟电路引入的所述预定的和 固定的时延对于所述至少三个不同的脉冲重复频率中的每个是相同的。15.根据权利要求10所述的雷达料位计系统，其中所述传播设备包括以下至少之一: 用于所述电磁波的引导波传送的探针、用于所述电磁波的自由传播的天线、以及用于所述 电磁波的引导传播的中空波导。
【文档编号】G01F23/284GK105987739SQ201510093043
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月2日
【发明人】瓦尔特·尼尔森, 法比安·文格尔
【申请人】罗斯蒙特储罐雷达股份公司