一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法技术方案

本发明专利技术提供了一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法，其一，本方法依据高炉内料面高度在炼钢使用中的变化范围，计算相应的料面反波与发射信号的混频信号的频率范围，据此相应滤除该频率范围以外的信号，可大幅降低A/D模数转化采样频率，进而显著幅减轻FFT快速傅里叶变换的运算开销。其二，本方法采用的恒虚警门限由后延参考滑窗求和所得，并根据铁矿石粗糙料面情况加入相应数量的保护单元，以避开位于料面上方凹凸不平而形成的料面过渡区。其3，本方法测量的是料面的开始位置，不随铁矿石、焦炭分层交替重叠布料情况而变化，显著优于根据回波信号的峰值位置来探测料面距离的处理方法，能有效提高料面的距离测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法
本专利技术针对高炉铁矿石、焦炭分层交替重叠布料的特点，涉及一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法。
技术介绍
钢铁工业是我国国民经济长期的支柱性产业，是发展其他产业的重要基础，在社会发展和经济建设中发挥着举足轻重的作用。高炉是钢铁生产过程中的关键设备，关系到行业的钢铁产能、能源消耗和环境污染。维持高炉的长期稳定、高效运行，是钢铁行业追求的共同目标。高炉内部料面分布是影响高炉炉况的重要因素之一，对于维持高炉煤气流合理分布、增加料层透气性和高炉优化操作有重要作用。目前高炉料面检测设备主要有机械探尺、十字测温仪、红外扫描仪、红外摄像仪、激光测距仪以及高炉雷达等。针对高炉的密闭性，不能准确、直观检测料面状态的问题，高炉料面测量的雷达探尺技术、高炉料面雷达成像技术被越来越重视，必将得到更加广泛的应用。而高炉料面距离的精确测量是其中的核心技术。
技术实现思路
本专利技术的目的：无论是高炉雷达探尺还是高炉雷达料面成像探测系统，料面距离的测量精度是其中的核心指标。高炉布料主要为焦炭和铁矿石，二者分层交替重叠布料，而这两种材料的微波反射特性和穿透特性差异巨大，焦炭和铁矿石的加料厚度以及二者的层叠分布情况严重影响着回波信号幅度峰值大小和峰值位置；换言之，在料面位置相同的情况下，铁矿石上面覆盖一层焦炭与焦炭上面覆盖一层铁矿石，其料面回波信号的峰值位置是不相同的，回波信号幅度峰值处并不总是对应于料面位置，而是随料面下方所处焦炭和铁矿石等材料的不同和分布情况而变换。因此根据料面回波信号的峰值位置来检测料面距离的方法存在着不确定性。本专利技术的目标是提供一种不随高炉布料材料而变化的高炉料面距离精确检测方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种线性调频连续波雷达高炉料面距离的测量方法，包括如下步骤：步骤1、线性调频连续波系统通过天线发射信号，遇到物体后将产生反射回波，将回波信号与发射信号混频得到差频信号；步骤2、差频信号通过带通滤波器，分别虑掉近距离的低频干扰回波信号和设定料面测量距离范围以外的高频干扰回波信号；步骤3、在扫频周期开始后，在每一个扫频周期内对步骤2处理后的信号进行A/D采样，实现模数变换和数据采样，每个扫频周期获得一组采样数据；步骤4、从步骤3得到的每一组采样数据中顺序提取2n长度的数据，其中n为正整数；步骤5、对步骤4得到的数据组进行FFT快速傅里叶变换，获得2n个频谱数据；步骤6、将步骤5得到的2n个频谱数据一分为二，只保留前半部分的从第0个至第2n-1-1个频谱数据；步骤7、步骤6得到的频谱数据为复数，设实部为I，虚部为Q，用公式sqrt(I*I+Q*Q)计算出信号幅度Ai，即Ai＝sqrt(I*I+Q*Q)，其中i表示为步骤6得到的第i个频谱数据的幅度；步骤8、从信号幅度Ai的数据序列中，找出最先满足公式：Ai>(Ai-6+Ai-7+Ai-8+Ai-9)的首个位置，即满足条件的i第一个数值；i的取值范围是从10开始到n-1结束；步骤9、根据步骤8得到的i的数值计算出料面距离；步骤2包括：对步骤1得到的差频信号，采用通带滤波虑掉无效低频信号分量以及无效的高频信号分量。步骤3包括：对于步骤2处理后得到的信号，以不小于其最高回波信号频率2倍的频率f进行A/D采样。步骤4包括：设定最近距离G＝2.2米，料面处于最近距离以外；扫频周期开始以后，电磁波必须经过最近距离的传输延迟T，才能够从步骤3的采样数据中顺序中提取2n长度的数据进行FFT快速傅里叶变换，传输延迟T计算公式为：T＝G*2/C其中，C表示光速。步骤4包括：根据如下公式计算扫频周期内的A/D数据采样个数N：N＝B*f，其中，B表示扫频周期的时间长度，f表示步骤3中进行A/D采样时的A/D采样频率，根据N≥2n、N≤2n+1计算出n的最大数，即为步骤4提取的用于FFT快速傅里叶变换的数据长度的值。步骤5包括：FFT快速傅里叶变换是复数运算，将步骤4得到的数据作为实部输入，虚部输入设为0。步骤8包括：采用后延参考滑窗，即相对于当前单元，采用其后延的第6、第7、第8以及第9个单元的频谱信号幅度之和作为门限，与当前单元的频谱信号幅度比较，如果当前频谱信号幅度大于门限幅度则判断当前位置为料面起始位置。步骤8还包括：后延参考滑窗的门限设置6个距离保护单元，即与当前单元间隔了6个单元以后才取样滑窗门限。步骤8还包括：设定料面局部凹凸起伏不平以及料面颗粒的影响小于6个距离保护单元；当料面局部起伏情况大于6个距离保护单元的大小时，需要增大距离保护单元的大小、或相应增加距离保护单元的个数，使步骤8中公式变为Ai>(Ai-m+Ai-m+Ai-m+Ai-m)，其中m为料面局部凹凸起伏含有距离保护单元的个数，m≥6。有益效果：本专利技术可准确提取料面位置。在检测料面位置时通常通过检测回波信号幅度峰值来确定料面位置。高炉布料主要为焦炭和铁矿石，二者分层交替重叠布料，而这两种材料的微波反射特性和穿透特性差异巨大，焦炭和铁矿石的加料厚度以及二者的层叠分布情况严重影响着回波信号幅度峰值大小和峰值位置；换言之，在料面位置相同的情况下，铁矿石上面覆盖一层焦炭与焦炭上面覆盖一层铁矿石，其回波信号的峰值位置是不相同的，根据其回波信号的峰值位置来检测料面位置的方法存在着不确定性，回波信号幅度峰值处并不总是对应于料面位置，而是随料面下方所处焦炭和铁矿石等材料的不同和分布情况而变换。本方法从料面凹凸不平过渡区上方的回波信号中提取比较门限，判断料面的起始位置，所用方法可避免上述问题的发生。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本专利技术的流程示意图。具体实施方式高炉料面复杂，有矿石、焦炭分层交替重叠布料，高炉料面属矿物、煤气、焦炭多元高温固体、溶体混杂共存的粗糙表面，其电磁反射特征包含非均匀和非平稳气固混合介质的电磁回波信息。为满足料面高精度测量要求，高炉雷达一般采用线性调频连续波体制，采用一种经典的直接数字频率合成(DDS)技术。由于直接数字频率合成(DDS)技术采用全数字化实现，得到顺速发展，目前DDS器件的频率可以高达10GHz，3.5GHz频率的器件被广泛应用，用力促进了线性调频连续波雷达的发展，使其距离分辨率具备了厘米级的潜力，可以很好地满足了高炉料面距离分辨率及测量精度的需要。如图1所示，本专利技术提供了一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法，具体包括如下步骤：步骤1、回波信号与发射信号混频得到差频信号。雷达测量采用的是高频信号，在正常测量时线性扫频经过天线发射，发射电磁波到被测量物质高炉料面后反射，经过时间延时，反射波被天线接收后，计算发射频率与反射频率之间的频率差值，与距离成正比，差值越大距离越远，反之亦然。反射信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、线性调频连续波系统通过天线发射信号，遇到物体后将产生反射回波，将回波信号与发射信号混频得到差频信号；/n步骤2、差频信号通过带通滤波器，分别虑掉近距离的低频干扰回波信号和设定料面测量距离范围以外的高频干扰回波信号；/n步骤3、在扫频周期开始后，在每一个扫频周期内对步骤2处理后的信号进行A/D采样，实现模数变换和数据采样，每个扫频周期获得一组采样数据；/n步骤4、从步骤3得到的每一组采样数据中顺序提取2

【技术特征摘要】
1.一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、线性调频连续波系统通过天线发射信号，遇到物体后将产生反射回波，将回波信号与发射信号混频得到差频信号；
步骤2、差频信号通过带通滤波器，分别虑掉近距离的低频干扰回波信号和设定料面测量距离范围以外的高频干扰回波信号；
步骤3、在扫频周期开始后，在每一个扫频周期内对步骤2处理后的信号进行A/D采样，实现模数变换和数据采样，每个扫频周期获得一组采样数据；
步骤4、从步骤3得到的每一组采样数据中顺序提取2n长度的数据，其中n为正整数；
步骤5、对步骤4得到的数据组进行FFT快速傅里叶变换，获得2n个频谱数据；
步骤6、将步骤5得到的2n个频谱数据一分为二，只保留前半部分的从第0个至第2n-1-1个频谱数据；
步骤7、步骤6得到的频谱数据为复数，设实部为I，虚部为Q，用公式sqrt(I*I+Q*Q)计算出信号幅度Ai，即Ai＝sqrt(I*I+Q*Q)，其中i表示为步骤6得到的第i个频谱数据的幅度；
步骤8、从信号幅度Ai的数据序列中，找出最先满足公式：
Ai>(Ai-6+Ai-7+Ai-8+Ai-9)的首个位置，即满足条件的i第一个数值；i的取值范围是从10开始到n-1结束；
步骤9、根据步骤8得到的i的数值计算出料面距离。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2包括：对步骤1得到的差频信号，采用通带滤波虑掉无效低频信号分量以及无效的高频信号分量。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3包括：对于步骤2处理后得到的信号，以不小于其最高回波信号频率2倍的频率f进行A/D采样。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞翔，张春晖，鲁士仿，程彬，闫修林，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32