[发明专利]高精度低功耗雷达液位仪系统

权利要求书

1. 一种高精度低功耗的雷达测距系统，包括Hart模块、测量模块和测量线，用于测量液位的高度，系统利用TDR原理检测发射脉冲和回波脉冲的时间差，从而得到目标距离，其特征在于，测距精度为5mm，在功耗上符合本质安全的工业标准，设计了专门的逻辑控制电路和逻辑时序，实现了系统间隙工作的解决方案，保证整个系统的功耗小于40mW，在系统间隙工作的情况下，系统的距离测量周期为80ms，其中1ms为系统完全工作时间，该期间电路中所有的模块都正常工作，1ms工作周期之后，主控器首先关闭除主控器之外的所有模块，使这些电路进入休眠状态，然后主控器进行数据的信号处理和与上位机的通信，主控器处理完任务后进入休眠状态，等待下一次的工作触发时钟。

2. 如权利要求1所述的高精度低功耗的雷达测距系统，其特征在于，系统利用了超宽带窄脉冲信号实现了测距的高分辨率，分辨率为1mm，超宽带窄脉冲信号的产生基于阶跃恢复二极管很强的非线性电容特性，设计了专门的窄脉冲产生电路和脉冲整形电路，利用肖特基二极管对窄脉冲信号进行整形，所实现的脉冲宽度为400ps，脉冲幅度为1.5V。

3. 如权利要求1所述的高精度低功耗的雷达测距系统，其特征在于，用双DDS产生频率差为4Hz和100Hz的两路高精度时钟，一路是发射信号，另外一路是本振信号，这两路时钟的起始相位可严格控制，这为时间比例放大技术提供了条件。当系统工作在目标搜索阶段，DDS产生两路时钟的频率分别为1.000119MHz和1.000219MHz；当系统工作在精确测量阶段，DDS产生的两路时钟的频率分别为1.000119MHz和1.000123MHz。利用DDS产生的两路时钟将回波信号进行时间放大，采用模拟相乘的方法实现时间比例放大，将发射脉冲和回波脉冲之间的时间按照原先设计好的系数进行放大，这种技术将高速的脉冲进行时间轴放大，使得低速的系统可以对时间比例放大之后的波形进行处理，这种方法即降低了系统的功耗，又可以保证系统的高精度要求。

4. 如权利要求1和权利要求3所述的高精度低功耗的雷达测距系统，其特征在于，系统设计了智能化的测距方案，采用了DDS的频率高分辨率技术和相位的数字可控技术，为完成一次距离测量，分两步完成，第一步在相对小的时间比例放大系数下对目标进行搜索，目标搜索阶段降低了测距精度，但是大大提高了搜索的速度，缩短了搜索时间，第二步在大的时间比例放大系数下对目标进行精确的测量。采用智能化测距方案使系统的测距速度提高了17倍，大大提高了系统效率。