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FMCW雷达液位测量系统设计.docx
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FMCW 雷达液位测量系统设计
针对目前液位测量系统的快速发展,传统的液位测量系统很难满足在复杂环
境下对易燃、易爆等液体的高精度测量这一现状。针对此现状提出了以 TI 公司
的 TMS320F28335 为核心结合 FMCW(调频连续波)雷达技术的液位测量系统。
在 FMCW 雷达液位测量系统中,差频信号通过 FFT(快速傅里叶变换)变换实
现频率的检测是实现距离测量的关键。文章首先采用 DDS 产生高精度锯齿波作
为雷达发射信号,然后对差频信号经過滤波放大等处理,最后利用 DSP 进行 FFT
和最小二乘法得出液位信息,并通过 RS485 总线传输到上位机,从而实现实时
监测。
标签:FMCW;DSP;FFT;最小二乘法
引言
液位高度是现代化工业生产过程中重要的检测与控制参数之一。随着雷达技
术的快速发展和液位测量系统的不断进步,雷达测量液位在石油化工行业的应用
日益广泛[1]。它克服了传统机械式接触型液位仪表的诸多缺点,比如清洗维修
的困难和使用不便等。雷达液位测量仪特别适用于高温、高压及黏度较大的易燃、
易爆液态物质的液位测量[2]。
针对上述情况,本文采用 TMS320F28335 结合 FMCW 雷达测距技术设计了
一种 FMCW 雷达液位测量系统。该测量系统具有精度高、低成本、实时性好等
特点,可以满足液位测量系统的要求。
1 FMCW 雷达测距原理
FMCW 雷达测距的原理图如图 1 所示。
雷达工作时,DDS 电路产生线性调频锯齿波信号,经环形器通过天线向外
发射电磁波,同时还有一小部分给混频器作为本振信号。发射的电磁波在空间传
播,遇到目标后将会散射,反射回来的电磁波被天线接收。回波信号和直接耦合
过来的本振信号被加到混频器内,但是在电磁波传播到目标并返回天线的这段时
间内,回波信号的频率相比系统此时发射信号的频率已有了变化,因此在混频器
输出端便会出现一个含有发射信号与回波信号频率差的信号,称之为差频信号。
差频信号中包含着目标的距离信息,因而差频信号经过滤波、放大、A/D 转换和
测频等处理后就可得到目标距离。
FMCW 雷达发射信号、回波信号及差频信号示意图如图 2 所示,实线为发
射信号频率 fT 的变化,虚线为回波信号频率 fR 的变化。底部的信号为本振信号
和回波信号混频后得到的差频信号频率 fd 的变化。差频信号经过 FFT 变换,变
换到频域,进而求出差频信号频率 fd。
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