[发明专利]具有用于UWB雷达的可编程增益的接收器

说明书

用于超宽带（UWB）脉冲雷达系统（100）的接收器包括被耦合以处理所接收到的UWB雷达信号的可编程增益网络（PGN）块（135）。可编程PGN块包括：可编程衰减器（115），其具有耦合到UWB低噪声放大器（LNA）（105）的输入节点的输出；以及快速作用的功率限制器（110），其在输入节点以及用于雷达系统的系统接地和/或电源节点之间。采样单元（120）被耦合在LNA的输出和处理器（140）之间。处理器实施衰减算法，其中处理器被耦合到可编程衰减器且提供衰减控制信号来诸如基于从发射天线（175）到产品材料的距离动态地控制可编程衰减器的增益或衰减。

技术领域

所公开的实施例涉及用于通过使用发射到产品表面的超宽带（UWB）雷达信号且分析从产品表面反射的雷达信号来确定产品在储罐中的水平（level）的系统和方法。

背景技术

标准实践是使用用于存储各种各样的液体（诸如饮料和石油产品）的大金属储罐。传统的大储罐通常由非不锈钢钢板制成，并且在石油产品的情况下储罐通常由焊接在一起的1/4英寸（0.63cm）到1/2英寸（1.27cm）厚的钢板制成。传统的大储罐的尺寸通常在高为数百英尺（100英尺=30.5米）且直径为数百英尺中变动。

当其它感测方法难以提供可靠和/或准确信息时，非接触电磁检测和感测可以被用来确定对象的存在或特征（对象分类或形状）、或液位、或到材料表面的距离。例如，在石油和天然气工业中，不准确或不可靠的罐内液位测量可以引起罐内液位测定应用中盈利/收入的重大损失。材料在散装储罐（直径为40-80米）中水平测量的1毫米（mm）误差可以对应于若干立方米的体积误差。在石油的情况下，因为原油价格一般是每桶（1桶=42美加仑；159升）至少$100，所以1mm的误差可以导致贸易和石油输送中所涉及的一方或多方的数千美元的损失。

无线电检测和测距（雷达）已经被用作一种类型的非接触产品水平测定达几十年。雷达系统包括耦合到位于产品（例如液体或固体）之上的雷达天线的用于将雷达信号发射到产品的发射器和耦合到天线（或另一天线）的用于接收从产品表面反射的雷达信号的接收器，以及用于基于所发射的雷达信号和所反射的雷达信号来确定产品水平的信号处理器。根据此方法，由发射电路驱动的天线发射撞击对象或表面（例如液体表面）的雷达信号。对象或表面将所发射的雷达信号/波的部分在天线的方向上反射回去，该天线接收并被耦合到处理所反射的雷达信号/波的接收电路。

广泛使用作为储罐中液位测量的无损/非接触传感器的脉冲雷达，因为它们相对便宜并且安装简单。一种类型的脉冲雷达系统是超宽带（UWB）雷达。与传统窄带脉冲雷达系统相比，UWB雷达系统发射跨更宽得多的频率范围的信号。所发射的UWB信号对其非常轻的功率谱来说是重要的，该非常轻的功率谱通常比所允许的用于电子器件的无意辐射发射更低。用于生成UWB信号的大多数常用技术是发射具有非常短脉冲持续时间（例如，≤1ns）的脉冲。UWB脉冲覆盖非常大的频谱，并且随着脉冲变得更窄，频谱变得更大。

然而，与包括更昂贵且复杂的频率调制连续波（FMCW；其使用对时间的连续（线性）频扫和步进频率连续波（SFCW；或跳频）雷达的更复杂的基于信号的雷达相比，受限的动态范围、测量距离和/或准确性是包括UWB雷达的脉冲雷达的缺点。对于UWB雷达，超短脉冲宽度能够实现测量准确性，但是由于低脉冲功率的衰减而导致测量距离的缩短。

发明内容

提供此发明内容来以简化的形式引入对下面在具体实施方式（包括所提供的附图）中进一步描述的公开概念的简短选择。此发明内容不意图限制要求保护的主题的范围。

所公开的实施例认识到，当超宽带（UWB）脉冲雷达被用来测量容器中的附近目标产品材料时，发射器和接收器之间的互（交叉）耦合的效应可以比来自产品界面的产品（例如液体）反射或散射信号（预期的目标信号）变得更强。如在这里限定的，UWB指的是至少0.5千兆赫兹（GHz）的带宽或中心频率的至少25%的分数带宽（其基于美国国防高级研究计划局的（DARPA的）UWB定义），而频谱中的UWB信号范围可以是从100MHz到300GHz。