基于相参积累的液位雷达自适应调节方法、系统及介质与流程

本发明涉及雷达探测，具体为基于相参积累的液位雷达自适应调节方法、系统及介质。

背景技术：

1、雷达测距是一种常用的技术，用于测量目标物体与雷达系统之间的距离。它在许多应用中都得到广泛应用，包括航空、航天、导航、军事、气象等领域。雷达测距在油罐液位测量中是一种常见的应用技术。油罐液位的准确测量对于石油工业和储罐管理至关重要。

2、雷达测距作为一种非接触性测量技术，可以通过无线电波与油罐内液位之间的反射来进行测量，而无需物理接触液位。这种非接触性的测量方法有助于减少设备的磨损和污染，提高测量的可靠性和持久性。雷达测距在油罐液位测量中能够提供高精度和稳定性。通过精确测量电磁波的往返时间，可以准确计算液位的高度。同时，雷达测距技术对于温度变化、气体环境和液体性质的影响较小，能够保持测量的稳定性。油罐液位的准确测量对于确保油罐运营的安全性至关重要。雷达测距技术可以实现远程监测和控制，使得液位数据可以实时传输到中央控制系统，从而实现对油罐液位的实时监测和报警。这有助于及时发现潜在的问题和泄漏，并采取适当的措施来保护环境和人员安全。

3、使用相参积累是一种在雷达测距中常用的信号处理技术。它用于提高测量的精确性和稳定性，并降低噪声对测量结果的影响。相参积累利用雷达系统连续发射一系列相位相同但具有随机幅度的脉冲信号。接收到目标回波信号后，通过相位比较和积累计算，可以提取出目标回波信号的幅度和相位信息。在相参积累中，多个回波信号通过加和或平均操作进行累积。通过对多次接收到的回波信号进行相位比较和幅度累加，可以减小噪声的影响，增强目标信号的强度，提高测量的准确性。相参积累技术能够抑制随机噪声，因为噪声的幅度和相位是随机变化的，而目标信号具有一定的相位稳定性。通过多次积累并取平均，噪声的随机性会被抵消，而目标信号的稳定性则会增强，从而提高了信号与噪声的比值(信噪比)。通过对累积后的目标回波信号进行处理，可以提取出目标的距离信息。

4、相参积累次数的增加会导致测量时间的延长。每次积累需要接收多个回波信号并进行处理，如果积累次数较高，整个测量过程将需要更长的时间。这对于需要实时测量或对快速变化的目标进行跟踪的应用可能不太适用。相参积累次数高意味着需要更多的计算资源和存储资源来处理和保存多个回波信号。这可能需要更高性能的处理器和更大容量的存储器来满足要求。这会增加系统的复杂性和成本。在相参积累过程中，如果目标在不同的积累周期内发生运动，会导致积累的信号叠加产生模糊效应。这可能会影响测量的准确性，尤其是对于快速运动的目标。如果环境中存在强干扰或杂波信号，这些干扰信号也会被累积和加和。如果干扰信号与目标信号相位或幅度相近，会导致干扰信号的累积，从而影响测量结果的准确性。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对现有技术中如果干扰信号与目标信号相位或幅度相近，会导致干扰信号的累积，从而影响测量结果的准确性的问题，提出基于相参积累的液位雷达自适应调节方法、系统及介质。

2、本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

3、基于相参积累的液位雷达自适应调节方法，所述方法包括：

4、获取实际信噪比及距离真值r，并利用距离、信噪比以及相参积累次数d之间的关系，得到相参积累次数d，所述距离、信噪比以及相参积累次数d之间的关系表示为：

5、

6、所述距离、信噪比以及相参积累次数d之间的关系通过如下步骤得到：

7、步骤一：获取液面反射后的回波信号r(t)，并将回波信号r(t)进行去载频、去斜处理后，得到信号r′(t)，之后将信号r′(t)进行求导处理，得到发射信号的回波到达雷达的时间τ；

8、步骤二：基于发射信号的回波到达雷达的时间τ，并结合光速c，得到液面与雷达的距离将回波信号r(t)积累d次，得到距离矩阵其中，k为积累的总距离数据次数，r为距离真值，nm为加性高斯白噪声；

9、步骤三：基于回波信号r(t)中，相参积累l个脉冲，得到测距精度，测距精度表示为：

10、

11、其中，snr为每个采样点的信噪比，lp·snr为相参积累后，进行傅里叶变换后液面峰值处的信噪比，b为采样后的信号带宽；

12、采样后的信号带宽b表示为：

13、

14、其中，bt为未采样前的信号带宽，p为采样点个数，fs为采样频率，tall为总的采样时间，α为信号调频斜率；

15、进而得到测距精度和信噪比之间的关系，表示为：

16、

17、其中，γ为中间变量；

18、得到最终测距精度和信噪比之间的关系，表示为：

19、

20、步骤四：针对距离矩阵中的所有元素，计算平均值y，平均值y表示为：

21、

22、步骤五：对平均值y取标准差，标准差表示为：

23、

24、并结合3σ原则，得到测距精度，测距精度表示为：

25、

26、基于最终总的测距精度和信噪比之间的关系，且得到：

27、

28、根据测距精度与实际信噪比得到距离、信噪比以及相参积累次数d之间的关系，表示为：

29、

30、进一步的，所述液面反射后的回波信号r(t)的获取步骤为：

31、步骤1：利用fmcw雷达发射信号，所述发射信号为频率调制连续波信号；

32、步骤2：经过液面反射后，得到接收信号，即液面反射后的回波信号r(t)。

33、进一步的，所述fmcw雷达发射信号表示为：

34、

35、其中，fo为信号载频，α为信号调频斜率，t为发射时间，j为虚数单位，t表示一个周期内发射信号的总持续时间。

36、进一步的，所述接收信号表示为：

37、

38、

39、其中，ξ为电磁波的传播衰减以及液面反射信号的强度。

40、进一步的，所述回波信号r(t)进行去载频、去斜处理表示为：

41、

42、进一步的，所述总的采样时间tall表示为：

43、

44、基于相参积累的液位雷达自适应调节系统，所述系统包括：回波接收模块、相参积累模块和调节模块；

45、所述回波接收模块用于获取液面反射后的回波信号r(t)，并将回波信号r(t)进行去载频、去斜处理后，得到信号r′(t)，之后将信号r′(t)进行求导处理，得到发射信号的回波到达雷达的时间τ，之后基于发射信号的回波到达雷达的时间τ，并结合光速c，得到液面与雷达的距离将回波信号r(t)积累d次，得到距离矩阵其中，k为积累的总距离数据次数，r为距离真值，nm为加性高斯白噪声；

46、所述相参积累模块用于基于回波信号r(t)，相参积累l个脉冲，得到测距精度，测距精度表示为：

47、

48、其中，snr为每个采样点的信噪比，lp·snr为相参积累后，进行傅里叶变换后液面峰值处的信噪比，b为采样后的信号带宽；

49、采样后的信号带宽b表示为：

50、

51、其中，bt为未采样前的信号带宽，p为采样点个数，fs为采样频率，tall为总的采样时间，α为信号调频斜率；

52、进而得到测距精度和信噪比之间的关系，表示为：

53、

54、其中，γ为中间变量；

55、得到最终测距精度和信噪比之间的关系，表示为：

56、

57、所述调节模块用于针对距离矩阵中的所有元素，计算平均值y，平均值y表示为：

58、

59、对平均值y取标准差，标准差表示为：

60、

61、并结合3σ原则，得到测距精度，测距精度表示为：

62、

63、基于最终总的测距精度和信噪比之间的关系，且得到：

64、

65、根据测距精度与实际信噪比得到距离、信噪比以及相参积累次数d之间的关系，表示为：

66、

67、根据和距离真值r，并利用距离、信噪比以及相参积累次数d之间的关系，得到相参积累次数d。

68、进一步的，所述液面反射后的回波信号r(t)的获取步骤为：

69、步骤1：利用fmcw雷达发射信号，所述发射信号为频率调制连续波信号；

70、步骤2：经过液面反射后，得到接收信号，即液面反射后的回波信号r(t)。

71、进一步的，所述fmcw雷达发射信号表示为：

72、

73、其中，fo为信号载频，α为信号调频斜率，t为发射时间，j为虚数单位，t表示一个周期内发射信号的总持续时间；

74、所述接收信号表示为：

75、

76、

77、其中，ξ为电磁波的传播衰减以及液面反射信号的强度；

78、所述回波信号r(t)进行去载频、去斜处理表示为：

79、

80、所述总的采样时间tall表示为：

81、

82、基于相参积累的液位雷达自适应调节介质，所述介质包含计算机可读程序，所述计算机可读程序用于执行如权利要求1至权利要求6任一项的方法。

83、本发明的有益效果是：

84、本技术通过所需信噪比来控制不同距离时需要的相参积累次数，从而解决了不同距离相参积累次数浪费的问题，且减少了相参积累时间，进而减少了干扰信号的累积，并在优化了雷达算力的同时也可以优化近端得到距离信息的时间，保证了近端的时效性和远端的准确性，进而提高了测量结果的准确性。

85、本技术利用了统计量的标准差与精度关系，对相参积累次数进行了有效的调节，减少了近距探测的相参积累时间，并在远距探测保证了精度和信噪比。本技术能有效提高雷达系统的探测精度和性能。