[发明专利]基于一阶导数并结合参考曲线的导波式雷达物位计回波信号处理方法

说明书

技术领域

本发明属于物位检测技术领域，具体涉及一种以单片机为核心的基于一阶导数并结合参考曲线的处理导波式雷达物位计回波信号的方法。

背景技术

导波式雷达物位计利用雷达技术中的回波测距原理进行物位测量，广泛应用于工业领域。导波式雷达物位计回波信号处理的难点在于真实物位回波的判断和回波定位点的确定。其中，物位回波决定了测量是否准确，回波定位点影响测量准确度。

针对导波式雷达物位计信号处理的关键问题，国外几家著名厂家，例如，E+H公司、Emerson Rosemount公司和Siemens-Milltronics公司等分别提出了不同的回波信号处理方法。罗斯蒙特公司（“Method of determining a disturbance echo profile for a radar level gauge system”, U.S Patent: No.7924216 B2, Apr.12,2011）介绍了一种基于反射器的方法，根据空罐条件下的反射器波形构造参考曲线，通过比较实际距离与电气距离确定液面之上最近的反射器，得到参考曲线应用范围，相减后可消除液面之上的干扰回波，然后根据最大值确定物位回波。罗斯蒙特公司（“System and method for filling level determination”, U.S Patent: No.7525476 B1, Apr.28, 2009.）介绍了在导波杆已知位置处安装反射器，通过一对已知反射器的已知距离与测量距离之差来补偿传播速度沿导波杆的变化，以提高测量准确度。罗斯蒙特公司（“通过多模式传播的具有介电常数补偿的导波式雷达物位计系统”,中国, CN201120366374.7, 2012-6-6.）介绍了一种特制导波杆，称为不完全外部介电传输探测器，可以支持两种或以上不同速度的传播模式，然后根据公式确定介电常数和传播速度。

中国发明专利（“一种处理导波式雷达物位计回波信号的系统和方法”，专利号: ZL 201210150945.2，申请日：2012-9-12，授权日：2013-9-11）介绍了针对不同介电常数的不同物位回波判断方法。该专利与上述专利相同的地方为：根据空罐信号构造参考曲线；对回波信号段进行了巴特沃斯低通滤波预处理；物位回波的判断可以看成两步，先根据导数检测回波，并设置宽度范围排除一部分干扰，再对剩下的回波找高出参考曲线的最大值确定物位回波；回波定位点由峰值点和相邻两点的2阶Lagrange插值点确定；标定数据为4~10点的线性插值或3次拟合。与上述专利的不同点是，对于小介电常数介质，参考曲线需要作填平尾波的修正；回波信号段进行了斜率放大以凸显变化趋势；回波信号段减去参考曲线得到净回波信号段，且之后的处理都针对该信号。

该专利存在的问题是：巴特沃斯低通滤波是一种频域滤波方法，应用于频域特征不明显的导波式雷达物位计回波信号处理，效果不佳；构造参考曲线需要先构造空罐条件，应用于实际生产时，需要放空物料，且需要更新，否则不能排除新产生的干扰回波；回波信号与参考曲线相减可能会导致回波定位点的非线性移动，影响测量精度。

为此，申请中国发明专利(基于一阶导数的导波式雷达物位计回波信号处理系统和方法，申请号：201310534738.1，申请日：2013年11月1日) 提供了一种处理无同步脉冲触发的导波式雷达物位计回波信号的系统和方法。采用了基于一阶导数的方法检测回波、存储了回波多个参数，如端点、峰值点、宽度、斜率振幅等，并基于对这些参数的有机组合确定物位回波；提出了针对无触发采样的导波式雷达物位计的采样方法及参考起始点的确定方法；采用3点、分两段线性标定。该申请发明专利不需要空罐条件，实际操作简单。

该申请发明专利存在的问题是：回波参数下降比的限制可能导致排除真实回波或无法排除干扰回波导致判错；采用对真实回波进行插值得到最高峰值点作为特征点，进行标定和测量，其线性度不是最好的，即测量准确度不是最好的；对测量结果进行60点中位值平均滤波，响应速度较慢。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种基于一阶导数并结合参考曲线的导波式雷达物位计回波信号处理方法，从而达到对物位回波的准确判断更加可靠，达到减小盲区、提高测量精度、响应速度较快的要求，并且对硬件要求不高、无需构造空罐条件。