[发明专利]数字控制的UWB毫米波雷达

说明书

技术领域

所公开的实施例涉及频域雷达感测。

背景技术

当其它的感测方法在提供可靠的和/或准确的信息上具有困难时，非接触式电磁检测和感测可被用来确定物体的存在或特征（物体分类或形状），或到物质表面的水平面或距离。例如，在油气产业中，不准确的或不可靠的储罐液位测量可引起在储罐液位测定应用中的收益性／收入的显著损失。在大体积存储罐（直径为40-80米）中的液位测量的1毫米（mm）的误差可对应于若干立方米的体积误差。因为原油价格通常为每桶至少$70（1桶=42 US加仑；159公升），所以1mm误差可导致交易和输油中所涉及的一个或多个团体的上千美元的损失。

最近几十年，雷达已经被用作一种类型的非接触式液面计。然而，雷达测量会被由储罐壁、储罐底部、储罐顶部和包括搅拌器、梯子和热线圈的储罐障碍物这样引起的储罐内部的多个反射所影响。此外，每个储罐通常必须为储油和输油使用最大容量。这需要测量在产品的水平面接近储罐的底部或顶部时是持续可靠的。

此外，在常规雷达系统中的电子部件和电介质材料是与温度相关的。雷达测量稳定性可被温度变化所影响，该温度变化由局部天气状况以及所安装的基部所位于的种类繁多的地理位置引起，该地理位置诸如是在中东（例如，非常热）或北极区域（例如，非常冷）中。在实践应用中，受限数量的储罐管口可约束更大尺寸的设备的安装，以及即使如果存在可能的附加管口，大尺寸单元的成本将被增加。因此，由于对温度漂移的重校准的需求和障碍物干扰而不幸地需要雷达液面计的定期的现场维护，这对客户和/或提供者带来额外的成本。

发明内容

提供本概要以符合37 C.F.R§1.73。与该概要一起提出的理解是，该概要将不被用来解释或限制权利要求的范围或含义。

在此描述的所公开的实施例包括超宽带（UWB）雷达系统，其在毫米（mm）波频率下提供高分辨率能力。如在此所定义的，UWB是指至少0.5千兆赫兹（GHz）的带宽，或至少25%的分数带宽，而mm波是指从30GHz到300GHz的频率范围中的信号。

在典型的实施例中，在系统操作期间，雷达频率在几十毫秒内，以40至100微秒（msec）的典型的时间间隔，在至少2GHz（诸如4GHz）的带宽中扫描。

使用稳定的信号源来扫描超大带宽。所扫描的频率由锁相回路（PLL）在每个频率下控制，并且可在诸如-40℃到+85℃的大温度范围上被稳定。温度变化影响通常由诸如稳定的晶体振荡器的用于PLL的单个参考频率源所抑制。

如本领域已知的，距离分辨率是基于所发射的信号带宽和接收器带宽和传播介质的，该接收器带宽依赖于系统扫描时间。对于4GHz的信号带宽，得到的距离分辨率等于或好于4cm。4cm左右或更好的高距离分辨率导致了传感器的高分辨能力。频率的扫描宽带可利用mm波范围中的各种频率，诸如75GHz和85GHz之间的那些频率（根据EN302372的对于液位测定应用在欧洲目前所允许的频带）。

由于高频操作，雷达天线可以被小型化以适应小管口，并且在典型的实施例中，天线罩和天线一起具有小于100mm的横向尺寸和小于100mm的总长度。所公开的实施例一般地克服了以上在背景中所描述的问题。例如，如在以下的示例中所示范的，高分辨率雷达解决了储罐壁效应的问题，在该储罐壁效应下，其它雷达经受了严重的准确度失真。而且，所提供的高分辨率可解决来自多个紧密隔开的物体（例如障碍物）的干扰。

附图说明

图1根据本发明的实施例的示例性UWB mm波雷达系统的框图。

图2A和2B示出了根据本发明的实施例的装入外壳中的示例性UWB mm波雷达系统的截面和顶视图描绘。

图3是安装在储罐壁之上的根据本发明的实施例的为测试mm波雷达系统而采用的示例性测量装置的示意图。

图4A示出了图3中所示的目标如何在以下的示例中所描述的测量期间以可变步幅进行移动。

图4B示出了目标的移动如何被以下的示例中所描述的雷达系统所检测和追踪。

图5A示出了如在以下的示例中所描述的，在9.57米处具有大约4cm的非常高的距离分辨率的所检测的物体，该距离分辨率比目前雷达系统的距离分辨率好大约2到4倍。

图5B示出了如以下示例中所描述的，从所处理的数据获得的结果，该数据由具有证实了测量准确度的4GHz带宽（BW）的雷达系统所测量，该测量准确度可比得上高档激光器的测量准确度。

具体实施方式