雷达测量距离基本原理

脉冲雷达测量料位原理
发射脉冲 3.58 MHz
T1 = 279.32961 nanoseconds
参考脉冲 3.58 MHz - 43.7 Hz T2 = 279.33302 nanoseconds
脉冲雷达测量料位原理
由于采用特殊的采样方式,时间扩展的方式，因此对于时间的计算变得容 易简单；
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脉冲雷达测量料位原理
雷达测量距离的基本原理
主要内容：
1、电磁波的分类 2、介电常数、温度压力对电磁波的影响 3、雷达波的特性 4、调频连续波测量原理 5、脉冲波测量原理 6、选择合适的测量频率 7、选择合适的测量天线 8、安装事项 9、四个黄金法则
电磁波分类
雷达波特性与光的特性相近 传播速度为3X108米/秒,一般来说，波长越长，在大 气中的衰减越小，受不良天候影响也越小，但是定位精度比较低，所以一般作为 警戒雷达使用, 相反波长越短的雷达在大气中衰减越大，受不良天候影响越大,但
定位精度较高，一般作为跟踪雷达，火控雷达。
电磁波分类
电磁波分类
介电常数对电磁波的影响
• 5.6GHZ波长是26MM在聚丙烯中（2.3）的 传输速度只有真空中的2/3;它会吸收更多的 电磁波；油水界面雷达反射波充分说明在 油中传播速度小于空气；
介电常数对电磁波的影响
被测介质的介电常数决定反射度，微波频率在GHz数量级上，属 于电磁波，反射度R是反射能量与发射能量之间的比值，与介质的介 电常数εr有关，介质的介电常数εr越高则反射度R越高
脉冲雷达测量料位原理
频率混合器把蓝色回波脉冲与绿色参考脉冲相乘，经过混频 处理后形成红色曲线。该红色曲线与发射脉冲形状完全相同， 其频率变成了中频43.7Hz(周期23ms)。也就是说经过混合处 理器处理后的红色曲线把回波脉冲在时间轴上扩展了82380 倍。 只要测出红色曲线上发射脉冲与回波脉冲的时间间隔 t1(ms)，则t=t1/82380。这样便实现了极短脉冲运行时间t的 测量。
脉冲雷达测量料位原理
脉冲雷达测量料位原理
6GHz的微波以脉冲(“微波包裹”)的形式发出，发射脉冲 的重复频率为3.6MHz，也就是说每278ns发射一个脉冲。反 射回来的回波脉冲(如图2中第二条曲线)随后将与一个参考脉 冲(如图2中第一条曲线)进入频率混合器进行信号处理。该参 考脉冲与发射脉冲形状相同，只是它的重复频率要比3.6MHz 小43.7Hz，即该参考脉冲在时间轴上推移了一段。
调频连续波雷达测量料位原理
FMCW详细原理1
调频连续波雷达测量料位原理
FMCW详细原理2
调频连续波雷达测量料位原理
FMCW详细原理3
调频连续波雷达测量料位原理
FMCW详细原理4
调频连续波雷达测量料位原理
FMCW详细原理5
调频连续波雷达测量料位原理
FMCW详细原理6
调频连续波雷达测量料位原理
介电常数对雷达波的反射
推荐最低测量物质的介电常数大于5
温度压力对雷达波的影响
微波测量的优点是它的传送 不需要任何传送介质，其在 各种介质中的传送速率可以 通过式(2)算出，温度压力不 同其介电常数也略不同，因 此对测量精度也有影响；
方向性对雷达波的影响
方向性对雷达波的影响
雷达波的衍射与折射
脉冲与连续调频测量方式的选择
FMCW ·间接测量; . 连续发射雷达波 ·需要进行 (FFT) 分析计算 ； ·需要高能量的电源支持，只能是四线制； ·干扰回波较多，不易处理； . 精度较高达1MM; . 需要性能高的处理器; . 测量盲区较小; . 适合于短距离精确测量;
PULSE ·直接测量； . 279NS发射一次雷达波 ·采用特殊时间扩展方法； ·不需要FFT计算； ·只需较低的CPU处理能力； . 只需较低的电源供应； . 可以两线制工作; . 能应用在防爆等级高的地方; . 对温度稳定性要求不高；
雷达波频率的选择
频率选择：没有那一频率是万能的，工业上一般低频5.8GHZ~6GHZ,高频 24GHZ~26GHZ ,频率不同，在相同条件下发射的波束角也不同；
雷达波的选择
频率不同，在相同条件下聚焦能力不同
雷达波的选择
频率不同，在相同条件下信号强度的衰减也不同：浓缩、内部建筑、蒸汽与灰尘 ，趋势是随着微波波长的减小(频率的增加)，微波传播“阻力”变大
调频连续波雷达测量料位原理
脉冲雷达测量料位原理
雷达物位计天线发射极窄的微波脉冲（例如：6G频率雷达，即： 发送一个△t时间（一般为1ns）的脉冲，叠加6GHZ的正弦波信 号），这个脉冲以光速在空间传播，碰到被测介质表面，其部分能 量被反射回来，被同一天线接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔 与天线到被测介质表面的距离成正比， 由于其发射脉冲与接收脉冲 的时间间隔非常小，一般都采用时间拓展技术，并采用多次测量求 平均的方法获得最终结果；这种测量技术决定了其精度为5~10mm。 脉冲雷达采用微波脉冲信号，是间断性发射脉冲方式（277NS)， 利用特殊的调整间隔时间的技术将每秒3600000个回波图放大，定 位然后进行分析处理，因此雷达传感器可以在0．1秒内精确细致地 分析处理这些被放大的回波信号，而无需象其它雷达测量技术 (~IFMCW )那样，花费很多时间分析频率，脉冲雷达可以做到功率 比较低，一般为0.5W内。可以很方便的实现本安设计。在设计中大 都采用大电容充电方式，等电容充电到一定容量后，进行一次微波 脉冲信号发射测量。
雷达波的干涉相位
雷达波的种类
等幅波雷达测速：多普勒效应如果目标不移动 频率不变否则频率增大或减少随 速度和方向而改变
雷达波的种类
脉冲+多普勒效应： 用来测量高度与速度
雷达波的种类
脉冲与调频连续波 ：
调频连续波雷达测量料位原理
该方法使用线性调频的射频(RF)信号(如：发射器发出的 频率周期性地在9.5～10.5GHz或24~25GHZ之间变化)。 当介质表面反射回来的信号到达接收器时，发射器中的发 射频率也同时发生了变化。微波运行的时间可通过计算接 收到的信号频率与当前发射频率之间的差值来获得。 把发 射与接收频率进行混频处理后，将形成一个中频段的信号， 而该中频信号频率正好与被测距离呈正比例关系。即被测 距离越大，则发射与接收频率差值越大，混频后的中频段 信号频率越大。