微波雷达物位测量技术研究
发布时间：2021-01-03 19:04
高精度雷达物位计在工业生产中一直扮演着非常重要的角色,随着“十三五”规划及工业4.0的到来,我国物位仪器仪表行业的需求量在不断攀升,传统的压力式物位计、超声波液位计、导波式液位计以及激光测距仪存在测量精度或应用范围的局限性,难以满足工业测量的实际需求。因此本课题主要研究一种小型化、非接触式、测量精度高的线性调频雷达物位测量系统。本课题首先分析了线性FMCW雷达测量基本原理,简单分析了差拍信号的数学模型,设计了英飞凌24GHz雷达收发器BGT24MTR11为系统前端核心和ARM控制器STM32F4为系统基带控制处理部分的雷达物位测量系统方案。雷达信号的发射和接收采用微带天线实现前端模块小型化设计,微带天线的增益及半功率波束角直接决定系统的量程范围,因此本文通过HFSS仿真软件优化天线参数达到最佳的性能指标。随后本文分析了影响雷达物位计测量精度的因素,包括扫频带宽、VCO非线性以及差拍信号频率测量误差等因素,其中增加扫频带宽可以提高测量精度,但同时也导致了扫频非线性;VCO的扫频线性度和稳定度严重影响物位测量精度,因而本文设计了数字化温度补偿及非均匀步进校正方法提高雷达信号扫频线性度和稳定...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单个辐射单元模型
图 3-9 微带天线阵列仿真模型通过对天线参数 w, l , a, b反复优化仿真，最终得到最佳微带天线物理参数，贴片单元尺寸 w 3.79mm， l 2.91mm，基板大小为30.0m m 17.4mm。天线仿真结果如图 3-10~图 3-13 所示。图 3-10 天线回波损耗 S11 参数 图 3-11 天线 VSWR 参数图23.60 23.80 24.00 24.20 24.40 24.60 24.80Freq [GHz]-35.00-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00d(S(1B,1)S11 PlotHFSSRadarCurve InfodB(S(1,1))Setup1 : SweepL='2.915mm'23.60 23.80 24.00 24.20 24.40 24.60 24.80Freq [GHz]0.001.002.003.004.004.50d(VSWBR1()VSWR PlotHFSSRadarCurve InfodB(VSWR(1))Setup1 : SweepL='2.915mm'
图 3-13 天线三维方向图峰值增益大约 13.7dB，E 面半功率波束角约为天线的三维辐射方向图。微带天线的总体指标系统的雷达信号收发前端天线。析的测量精度和距离分辨率，因此分析影响测下，扫频带宽、VCO 线性度、温度漂移及频[22,25-29]，本节将给出具体分析。)两边微分得到距离分辨率公式：2DcTR fB (3-6)时，即差拍信号增量D f 为调制信号周期的
【参考文献】：
期刊论文
[1]78GHz引领雷达物位计新潮流——西门子发布新款用于固体料位测量的物位仪表[J]. 卢祁. 中国仪器仪表. 2011(06)
[2]24GHz微带贴片天线阵的仿真与设计[J]. 李恒城,敬守钊. 微波学报. 2010(S2)
[3]提高FMCW雷达测距精度的谱最大值估值算法[J]. 徐军荣,于盛林. 计算机技术与发展. 2009(04)
[4]基于Chirp-Z变换的LFMCW系统测距算法仿真研究[J]. 王春艳,黄仁欣,宗成阁,钱月. 微计算机信息. 2005(26)
[5]储油罐液位监测雷达设计与实现[J]. 张军团,程德福,林君. 计算机测量与控制. 2004(11)
[6]FMCW雷达快速高精度测距算法[J]. 刘宝,刘军民. 电子测量与仪器学报. 2001(03)
[7]雷达料位仪在冶金生产过程的应用[J]. 刘晓民. 仪器仪表标准化与计量. 2001(01)
[8]高精度液位测量系统[J]. 齐国清,贾欣乐. 电子测量与仪器学报. 1999(02)
[9]用迭代方法精确实现FMCW信号的线性调频[J]. 汪学刚,向敬成,冯建雄,袁湘辉. 系统工程与电子技术. 1997(07)
博士论文
[1]FMCW液位测量雷达系统设计及高精度测距原理研究[D]. 齐国清.大连海事大学 2001
硕士论文
[1]FMCW雷达近程测距系统的设计与研究[D]. 钟鹏.武汉科技大学 2014
[2]FMCW雷达测距系统的研究与实现[D]. 岳文豹.中北大学 2013
[3]FMCW测距雷达设计与实现[D]. 鲁晓帆.南京航空航天大学 2012
[4]基于DSP的FMCW液位测量雷达实验平台设计与实现[D]. 丛文杰.大连海事大学 2012
[5]基于ARM+FMCW雷达的汽车防撞报警系统的研究[D]. 曾翼.华南理工大学 2011
[6]60GHz LFMCW雷达信号处理研究[D]. 吴义中.浙江大学 2011
[7]小型化24GHz FMCW汽车防撞雷达[D]. 鲍迎.浙江大学 2011
[8]线性调频连续波雷达信号处理技术研究与硬件实现[D]. 包敏.西安电子科技大学 2009
[9]微带环形器的优化设计和工艺研究[D]. 陈恒.华中科技大学 2008
[10]雷达物位计的应用研究及算法改进[D]. 李聚刚.上海交通大学 2008
本文编号：2955328
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单个辐射单元模型
图 3-9 微带天线阵列仿真模型通过对天线参数 w, l , a, b反复优化仿真，最终得到最佳微带天线物理参数，贴片单元尺寸 w 3.79mm， l 2.91mm，基板大小为30.0m m 17.4mm。天线仿真结果如图 3-10~图 3-13 所示。图 3-10 天线回波损耗 S11 参数 图 3-11 天线 VSWR 参数图23.60 23.80 24.00 24.20 24.40 24.60 24.80Freq [GHz]-35.00-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00d(S(1B,1)S11 PlotHFSSRadarCurve InfodB(S(1,1))Setup1 : SweepL='2.915mm'23.60 23.80 24.00 24.20 24.40 24.60 24.80Freq [GHz]0.001.002.003.004.004.50d(VSWBR1()VSWR PlotHFSSRadarCurve InfodB(VSWR(1))Setup1 : SweepL='2.915mm'
图 3-13 天线三维方向图峰值增益大约 13.7dB，E 面半功率波束角约为天线的三维辐射方向图。微带天线的总体指标系统的雷达信号收发前端天线。析的测量精度和距离分辨率，因此分析影响测下，扫频带宽、VCO 线性度、温度漂移及频[22,25-29]，本节将给出具体分析。)两边微分得到距离分辨率公式：2DcTR fB (3-6)时，即差拍信号增量D f 为调制信号周期的
【参考文献】：
期刊论文
[1]78GHz引领雷达物位计新潮流——西门子发布新款用于固体料位测量的物位仪表[J]. 卢祁. 中国仪器仪表. 2011(06)
[2]24GHz微带贴片天线阵的仿真与设计[J]. 李恒城,敬守钊. 微波学报. 2010(S2)
[3]提高FMCW雷达测距精度的谱最大值估值算法[J]. 徐军荣,于盛林. 计算机技术与发展. 2009(04)
[4]基于Chirp-Z变换的LFMCW系统测距算法仿真研究[J]. 王春艳,黄仁欣,宗成阁,钱月. 微计算机信息. 2005(26)
[5]储油罐液位监测雷达设计与实现[J]. 张军团,程德福,林君. 计算机测量与控制. 2004(11)
[6]FMCW雷达快速高精度测距算法[J]. 刘宝,刘军民. 电子测量与仪器学报. 2001(03)
[7]雷达料位仪在冶金生产过程的应用[J]. 刘晓民. 仪器仪表标准化与计量. 2001(01)
[8]高精度液位测量系统[J]. 齐国清,贾欣乐. 电子测量与仪器学报. 1999(02)
[9]用迭代方法精确实现FMCW信号的线性调频[J]. 汪学刚,向敬成,冯建雄,袁湘辉. 系统工程与电子技术. 1997(07)
博士论文
[1]FMCW液位测量雷达系统设计及高精度测距原理研究[D]. 齐国清.大连海事大学 2001
硕士论文
[1]FMCW雷达近程测距系统的设计与研究[D]. 钟鹏.武汉科技大学 2014
[2]FMCW雷达测距系统的研究与实现[D]. 岳文豹.中北大学 2013
[3]FMCW测距雷达设计与实现[D]. 鲁晓帆.南京航空航天大学 2012
[4]基于DSP的FMCW液位测量雷达实验平台设计与实现[D]. 丛文杰.大连海事大学 2012
[5]基于ARM+FMCW雷达的汽车防撞报警系统的研究[D]. 曾翼.华南理工大学 2011
[6]60GHz LFMCW雷达信号处理研究[D]. 吴义中.浙江大学 2011
[7]小型化24GHz FMCW汽车防撞雷达[D]. 鲍迎.浙江大学 2011
[8]线性调频连续波雷达信号处理技术研究与硬件实现[D]. 包敏.西安电子科技大学 2009
[9]微带环形器的优化设计和工艺研究[D]. 陈恒.华中科技大学 2008
[10]雷达物位计的应用研究及算法改进[D]. 李聚刚.上海交通大学 2008
本文编号：2955328
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