【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液位测量，且更确切地涉及一种基于毫米波雷达的液位测量方法及系统。
技术介绍
1、基于毫米波雷达的液位测量方法是一种非接触式的液位测量技术，它利用毫米波雷达发射的电磁波与被测物体表面发生反射，通过接收反射回来的信号来确定液位高度。这种技术不受液体性质，如粘度和密度等的影响，因此适用于各种液体的液位测量。基于毫米波雷达的液位测量方法的工作原理主要基于电磁波的反射和干涉，当毫米波雷达发射的电磁波遇到被测物体表面时，会产生反射波，这些反射波经过一定的路径后再次被雷达接收器接收。根据反射波的时间延迟和相位变化，可以计算出反射波的距离，从而确定液位高度。随着科技的进步，毫米波雷达在各个领域的应用越来越广泛，基于毫米波雷达的液位测量方法广泛应用于石油化工、食品饮料、制药、环保等行业，例如，在石油化工行业，可以用来测量储罐中的油品液位；在食品饮料行业，可以用来测量酿造容器中的液体液位；在制药行业，可以用来监测反应釜中的液体液位；在环保行业，可以用来测量污水处理池中的水位等。
2、常规的毫米波雷达的液位测量方法中雷达信号会受到多径传播的影响，从而对雷达信号产生干扰，降低了雷达信号的工作效率；在快速变化的液位情况下传统的毫米波雷达无法实时准确地追踪液位变化，降低了测量的精度和分辨率；测量过程中智能化程度低下，常规的毫米波雷达的液位测量方法中缺少系统操作保护，增加了用户操作风险。
技术实现思路
1、针对上述技术的不足，本专利技术公开一种基于毫米波雷达的液位测量方法及系统，通过信
2、因此，本专利技术提供了一种基于毫米波雷达的液位测量方法，包括如下步骤：步骤1、设置测量系统的工作参数和控制策略；
3、通过微控制器模块设置测量系统的工作参数，并负责控制雷达发射器和接收器的工作；
4、步骤2、毫米波雷达发射连续电磁波信号；
5、通过发射模块控制发射特定频率的连续电磁波信号；所述发射模块包括功率放大单元、驱动单元、发射单元和多径保护单元，所述功率放大单元通过射频功率放大器放大信号，以提供功率使雷达波能够穿透容器壁并到达液体表面；所述驱动单元通过驱动电路控制所述射频功率放大器的工作状态，以确保信号发射的幅度和相位；所述发射单元通过天线将电信号转换为电磁波并辐射到液面，以实现毫米波雷达对液位的测量；所述多径保护单元通过信号匹配算法对雷达信号进行处理以减少多径效应对雷达信号的干扰，所述功率放大单元的输出端连接所述驱动单元的输入端，所述驱动单元的输出端连接所述发射单元的输入端，所述发射单元的输出端连接所述多径保护单元的输入端；
6、步骤3、毫米波雷达接收反射回来的信号并进行分析；
7、通过接收模块接收从液面反射回来的电磁波信号，并对反射回来的信号进行分析；所述接收模块包括接收单元、模数转换单元、数据处理单元和数据分析单元，所述接收单元通过天线和低噪声放大器lna接收电磁波信号并进行初步放大以提高信噪比；所述模数转换单元通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号；所述数据处理单元通过数字信号处理器dsp对电磁波信号进行滤波、解调和去除信道编码操作；所述数据分析单元通过动态评估算法对处理后的数据进行解析以提高测量精度，所述接收单元的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述模数转换单元的输出端连接所述数据处理单元的输入端，所述数据处理单元的输出端连接所述数据分析单元的输入端；
8、步骤4、根据电磁波传播距离对液面高度进行计算；
9、通过液位计算模块对电磁波传播距离进行计算以推出液面高度；
10、步骤5、输出液位数据并实时监控液位变化；
11、通过结果显示模块输出液位数据并实时监控液位变化；
12、步骤6、对检测系统进行维护与优化；
13、通过系统优化模块定期检查检测系统的工作状态并进行维护和优化。
14、作为上述技术方案的进一步描述，所述微控制器模块包括处理器、中断控制单元、存储单元和通信接口单元，所述处理器采用arm cortex-m型号处理器执行存储在内存中的指令以对测量系统进行控制；所述中断控制单元通过设置优先级管理外部和内部中断请求以控制中断的响应顺序；所述存储单元通过flash存储器和ram数据存储器对控制指令和运行数据进行存储；所述通信接口单元采用uart接口与外部设备实现数据交换，所述处理器的输出端连接所述中断控制单元、存储单元和通信接口单元的输入端。
15、作为上述技术方案的进一步描述，所述信号匹配算法的实现方法为：
16、1）数据采集；
17、采集雷达系统接收到的反射信号，包含直接信号和多径反射信号，并对采集到的信号进行预处理，包括去噪和滤波操作；
18、2）参数预测；
19、根据信号处理技术和参数预测函数预测多径信号的参数，包括时延、衰减和角度，所述参数预测函数的公式表达式为：
20、（1）
21、在公式（1）中，表示参数预测函数，表示函数待预测数据值，表示函数系数，表示函数预测因子，表示函数当前预测的次序，表示函数对待预测参数进行格式转换，表示函数对待预测参数进行判断；
22、3）模型建立；
23、根据预测的参数建立多径信号的数学模型，用于描述多径信号的特性和对直接信号的影响；
24、4）信号检测与分离；
25、根据匹配滤波器对信号进行处理以检测出直接信号，并尝试从混合信号中分离出多径信号；
26、5）性能评估；
27、根据性能评估函数对匹配滤波器的性能进行评估，检查误报率和漏报率指标，以确保算法能够满足系统要求，所述性能评估函数的公式表达式为：
28、（2）
29、在公式（2）中，表示性能评估函数，表示待评估数据值，表示待评估函数次序，表示函数次序的最终值，表示函数检测系数，表示函数指标评估因子，表示对待评估数据进行检测，表示函数对待评估数据进行评估；
30、6）迭代优化；
31、当性能评估不符合要求，根据评估结果进行调整和优化，然后重新进行性能评估，并将处理后的信号输出，用于后续的雷达数据处理和决策制定。
32、作为上述技术方案的进一步描述，所述动态评估算法的实现方法为：
33、步骤一、初始化参数；
34、设定自适应滤波器的初始权重、学习率和检测门限参数，并对接收到的数字信号进行预处理，包括去除直流分量和同步信号；
35、步骤二、自适应滤波；
36、使用递归最小二乘法rls更新滤波器的权重，并根据滤波计算函数计算滤波器输出与期望输出之间的误差，所述滤波计算函数的公式表达式为：
37、（3）
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1.一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述微控制器模块包括处理器、中断控制单元、存储单元和通信接口单元，所述处理器采用ARMCortex-M型号处理器执行存储在内存中的指令以对测量系统进行控制；所述中断控制单元通过设置优先级管理外部和内部中断请求以控制中断的响应顺序；所述存储单元通过Flash存储器和RAM数据存储器对控制指令和运行数据进行存储；所述通信接口单元采用UART接口与外部设备实现数据交换，所述处理器的输出端连接所述中断控制单元、存储单元和通信接口单元的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述信号匹配算法的实现方法为：
4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述动态评估算法的实现方法为：
5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述液位计算模块包括延迟测量单元、距离计算单元和液位转换单元，所述延迟测量单元通过时序计数器测定
6.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述结果显示模块包括用户操作单元、显示单元和警示单元，所述用户操作单元通过按钮和触摸屏实现用户与设备的交互；所述显示单元通过液晶显示屏将计算结果以图形和文字的形式展示给用户；所述警示单元通过LED灯和声音报警器提醒用户液位的异常变化，所述用户操作单元的输出端连接所述显示单元的输入端，所述显示单元的输出端连接所述警示单元的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述系统优化模块包括故障诊断单元、系统优化单元和能源管理单元，所述故障诊断单元通过支持向量机监测系统的运行状态，以检测潜在的问题和异常情况；所述系统优化单元通过粒子群优化方式调整测量系统的配置和参数以提高效率和性能；所述能源管理单元通过电源管理IC监控和控制设备的能耗，以降低运行成本和延长电池寿命。
8.一种基于毫米波雷达的液位测量系统，其特征在于，应用权利要求1-7任意一项所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，所述系统包括：所述微控制器模块、发射模块、接收模块、液位计算模块、结果显示模块和系统优化模块，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述微控制器模块包括处理器、中断控制单元、存储单元和通信接口单元，所述处理器采用armcortex-m型号处理器执行存储在内存中的指令以对测量系统进行控制；所述中断控制单元通过设置优先级管理外部和内部中断请求以控制中断的响应顺序；所述存储单元通过flash存储器和ram数据存储器对控制指令和运行数据进行存储；所述通信接口单元采用uart接口与外部设备实现数据交换，所述处理器的输出端连接所述中断控制单元、存储单元和通信接口单元的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述信号匹配算法的实现方法为：
4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述动态评估算法的实现方法为：
5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的液位测量方法，其特征在于：所述液位计算模块包括延迟测量单元、距离计算单元和液位转换单元，所述延迟测量单元通过时序计数器测定发射的毫米波信号与从液面反射回来的信号之间的时间差；所述距离计算单元通过测量到的时间延迟和电磁波在介质中的传播速度计算电磁波行进的距离，将所述电磁波行进距离除以2得到距离；所述液位转换单元通过毫米波雷达...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦良，
申请(专利权)人：铭沣工业自动化上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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