一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，包括：硬件部件及用于控制调整所述硬件部件的软件部件，所述软件部件包括微控制器；所述硬件部件包括接收通道与发射通道，所述接收通道与所述发射通道均与微控制器信号连接，所述接收通道与所述发射通道通过高速电控开关连接有相控阵收发天线，所述相控阵收发天线包括多条通道，每个所述通道包括电控移相器、与所述电控移相器信号连接的放大器(衰减器)及与所述放大器(衰减器)信号连接的天线单元。根据本发明专利技术，利用相控阵天线技术，结合单发射和单接收调频连续波雷达系统，实现物料三维物位的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统
本专利技术涉及雷达物位计的
，特别涉及一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统。
技术介绍
雷达物位计因其具有非接触工作方式、实时传感、应对各种复杂环境的优势，被广泛应用于物料物位的测量。根据雷达工作信号的不同，可以将雷达分为脉冲体制雷达和调频连续波体制雷达，与脉冲体制雷达相比，调频连续波体制雷达应用于物位计领域具有明显的优势，可根据待检测的目标信息不同，采取不同调制方式的工作信号，并且以较小的发射功率即可探测到远距离的目标信息，具有功耗低、灵活性高的特点。然而，现有的调频连续波体制雷达物位计大多是单点测量的工作方式，即测量某一个点的物料高度，而无法同时获取整个料仓物料的三维物位，常规的固体物料表面通常为曲面，对于表面分布不规则的固体料面，单点测量误差大，难以获取其真实的物位高度。实现物料的三维物位图像检测，需要调频连续波雷达的波束具有扫描功能。机械控制雷达波束扫描是调频连续波雷达物位计实现三维物位图像检测的方式之一。该雷达是利用机械手段，通过控制雷达天线的摆动和旋转，实现波束的二维扫描。然而，机械扫描的波束扫描速度慢，机械控制系统的引入增加了物位计的复杂度、功耗、重量和体积，使得物位计抵抗外界机械振动性差，可靠性降低。另一种是通过多发多收通道来实现物料的三维物位信息测量。该雷达物位计的每个发射和接收通道都是集成移相器的有源通道，其中每个接收通道还需要集成混频器，使得系统复杂度高，成本显著增加。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，利用相控阵天线技术，结合单发射和单接收调频连续波雷达系统，实现物料三维物位的测量。为了实现本专利技术的上述目的和其他优点，提供了一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，包括：硬件部件及用于控制调整所述硬件部件的软件部件，所述软件部件包括微控制器；所述硬件部件包括接收通道与发射通道，所述接收通道与所述发射通道均与微控制器信号连接，所述接收通道与所述发射通道通过高速电控开关连接有相控阵收发天线，所述相控阵收发天线包括多条通道，每个所述通道包括电控移相器、与所述电控移相器信号连接的放大器及与所述放大器信号连接的天线单元，其中放大器也可被替换为衰减器。优选的，所述发射通道包括锁相环、与所述锁相环信号连接的压控振荡器、与所述压控振荡器信号连接的功分器及与所述功分器信号连接的功率放大器，其中功分器也可被替换为耦合器。优选的，所述接收通道包括A/D转换器、与所述A/D转换器信号连接的可控增益放大器、与所述可控增益放大器信号连接的滤波器、与所述滤波器信号连接的混频器及与所述混频器信号连接的低噪声放大器。优选的，所述锁相环与压控振荡器用于产生调频连续波信号，所述功分器用于将调频连续波射频信号功分一路信号用以和接收的回波信号混频，以产生中频信号，所述功率放大器用于放大并获得足够功率的射频信号。优选的，所述A/D转换器用于将输出的中频模拟信号转换成数字信号，所述可控增益放大器用于根据不同探测目标及距离改变相应的增益，输出包含目标信息的中频信号，所述滤波器用于滤掉高频谐波信号得到中频信号，所述混频器用于混合功分的本振信号和接收到的回波信号，获得中频信号，所述低噪声放大器用于放大接收的回波信号。优选的，所述系统的工作频段为微波、毫米波或太赫兹频段，且所述微控制器用于控制所述接收通道与所述发射通道中的器件且实现雷达数字信号处理，微控制器获取目标位置和目标特征信息。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：(1)本专利技术系统中的单发射通道和单接收通道时分复用一套相控阵天线，由高速电控开关控制其在发射通道和接收通道之间切换，完成波束扫描，实现对料仓物料的三维物位测量，具有系统结构简单和低成本的特点。(2)本专利技术系统采用的是调频连续波体制雷达物位计，与脉冲体制雷达物位计相比，它可以根据想要获得的不同目标信息改变它的调制方式，并且以较小的功率就可以探测到远距离的目标信息，具有高灵活性。(3)该雷达系统只含有一个发射通道和接收通道，发射通道和接收通道时分复用一个相控阵天线，由高速电控开关控制相控阵天线在发射通道与接收通道之间切换，相控阵中每一个通道都由电控移相器、放大器(衰减器)和天线单元组成，电控移相器用来调整馈电通道天线单元的相位，进而控制天线阵列的主辐射波束扫描角度，从方位角和俯仰角两个维度作波束扫描，以覆盖物料的分布区域，完成对物料的检测，本专利技术提出的基于高速电控开关时分复用一套相控阵天线和单发射/单接收通道的调频连续波雷达系统响应速度，能够满足各种物位监测应用。附图说明图1为根据本专利技术的具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统结构框图。图中：1.微控制器；2.锁相环；3.压控振荡器；4.功分器(耦合器)；5.功率放大器；6.电控移相器；7.放大器；8.天线单元；9.A/D转换器；10.可控增益放大器；11.滤波器；12.混频器；13.低噪声放大器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参照图1，一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，包括：硬件部件及用于控制调整所述硬件部件的软件部件，所述软件部件包括微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)1；所述硬件部件包括接收通道与发射通道，所述接收通道与所述发射通道均与微控制器1信号连接，所述接收通道与所述发射通道通过高速电控开关连接有相控阵收发天线，所述相控阵收发天线包括多条通道，每个所述通道包括电控移相器6、与所述电控移相器6信号连接的放大器(衰减器)7及与所述放大器(衰减器)7信号连接的天线单元8，放大器(衰减器)7用来放大(衰减)进入通道的信号功率，电控移相器6用来调整馈电通道天线单元8的相位，进而控制天线阵列的主辐射波束扫描角度，从方位角和俯仰角两个维度作波束扫描，以覆盖物料的分布区域，完成对物料的检测，所有相控阵天线通道通过功率合成器合为一路，一路的相控阵信号通过高速电控开关与雷达的发射/接收通道连接，所述发射通道和接收通道共用一套相控阵收发天线，通过高速电控开关实现相控阵天线与发射通道和接收通道的收发时分复用切换，系统产生的调频连续波信号，经该开关切换至相控阵天线单元8，将信号发送至检测区域，信号遇到目标物体后发生反射，反射信号经相控阵天线单元8接收，此时该开关切换至接收通道，由接收通道的混频器将回波信号与本振信号相混合，获得携带物料位置和目标特性信息的中频信号，且所述接收通道与发射通道共用一个微控制器1，微控制器1用以控制发射通道的压控振荡器3(VoltageControlledOscillator,VC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，其特征在于，包括：/n硬件部件及用于控制调整所述硬件部件的软件部件，所述软件部件包括微控制器(1)；/n所述硬件部件包括接收通道与发射通道，所述接收通道与所述发射通道均与微控制器(1)信号连接，所述接收通道与所述发射通道通过高速电控开关连接有相控阵收发天线，所述相控阵收发天线包括多条通道，每个所述通道包括电控移相器(6)、与所述电控移相器(6)信号连接的放大器(7)及与所述放大器(7)信号连接的天线单元(8)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，其特征在于，包括：
硬件部件及用于控制调整所述硬件部件的软件部件，所述软件部件包括微控制器(1)；
所述硬件部件包括接收通道与发射通道，所述接收通道与所述发射通道均与微控制器(1)信号连接，所述接收通道与所述发射通道通过高速电控开关连接有相控阵收发天线，所述相控阵收发天线包括多条通道，每个所述通道包括电控移相器(6)、与所述电控移相器(6)信号连接的放大器(7)及与所述放大器(7)信号连接的天线单元(8)。


2.如权利要求1所述的一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，其特征在于，所述发射通道包括锁相环(2)、与所述锁相环(2)信号连接的压控振荡器(3)、与所述压控振荡器(3)信号连接的功分器(4)及与所述功分器(4)信号连接的功率放大器(5)。


3.如权利要求1所述的一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统，其特征在于，所述接收通道包括A/D转换器(9)、与所述A/D转换器(9)信号连接的可控增益放大器(10)、与所述可控增益放大器(10)信号连接的滤波器(11)、与所述滤波器(11)信号连接的混频器(12)及与所述混频器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何国强，卢钰，杨雪霞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31