FMCW液位测量雷达系统控制及回波信号处理电路设计

摘要

在石油运输和化工等场合,液位测量成为一个重要的部分,对船舶原油以及化工原料液位实时地测量,精确地得到液位的高度,从而对进行综合的控制有着重要的作用。
　　 压力式液位测量系统原理简单、成本低,但测量精度和应用场合有一定的局限性,超声液位仪精度较高,但设备复杂,激光测距系统对环境要求严格。微波液位测量系统是非接触方式的,可以工作在高温、高压、有毒、强腐蚀以及粘稠液体的环境。FMCW(调频连续波)雷达具有距离分辨率高、发射功率小、便于集成化等优点,适合用于液位测量系统。
　　 本文首先介绍了FMCW液位测量雷达的测距原理,液位的高度信息与差频信号的频率有关,直接利用FFT频谱变换,不能达到所要求的精度,本文采用FFT结合CZT变换的算法,首先对差频信号进行FFT变换,找到频谱峰值的范围,然后对这个范围进行CZT细化,可以精确地得到差频信号的频率。本文对信号处理系统进行了设计,由于FMCW雷达的发射功率小,需要首先对差频信号进行放大,然后进行模数变化,最后送入DSP进行频谱变换,采用TMS320C5416为主处理器,CPLD控制外围电路。对系统的各个模块进行了说明,最后给出了系统的软件设计,并进行了实验和结果分析。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 论题背景和研究意义

1.2 FMCW雷达的发展及应用

1.3 论文工作

1.4 结构安排

第2章 微波测距原理

2.1 脉冲雷达测距原理

2.2 调频连续波测距原理

2.2.1 锯齿波线性调制测距原理

2.2.2 差频信号分析

第3章 FMCW液位测距雷达系统构成

3.1.系统构成

3.1.1 天线

3.1.2 FMCW发送接收器

3.1.3 VCO控制单元

3.1.4 信号放大单元

3.1.5 A/D变换单元

3.1.6 数据处理单元

第4章 信号处理算法

4.1 快速傅里叶变换FFT

4.1.1 FFT算法原理

4.1.2 库利-图基算法

4.2 线性调频Z变换

4.2.1 Chirp-z算法原理

4.3 结合FFT和CZT校正方法提高测距精度

4.3.1 影响测距精度的因素

4.3.2 FFT结合CZT算法

第5章 信号处理系统

5.1 DSP的选择及TMS320C5416简介

5.2 信号处理系统硬件设计

5.2.1 三端稳压集成电路设计

5.2.2 信号放大电路设计

5.2.3 信号A/D变换电路设计

5.2.4 DSP电源设计

5.2.4 DSP时钟设计

5.2.5 DSP外扩存储器设计

5.2.6 CPLD时序产生电路设计

5.2.7 DSP的BOOT设计

5.3 信号处理系统软件设计

5.3.1 系统初始化和数据输入

5.3.2 FFT变换

5.3.3 确定峰值范围

5.3.4 CZT频谱细化

5.4 实验结果及分析

5.4.1 信号放大电路实验及分析

5.4.2 信号A/D变换电路实验及分析

5.4.3 FFT结合CZT算法结果分析

结论

参考文献

致谢

研究生履历