基於雷達的水平測量的方法和設備的製作方法
2023-05-20 14:35:21
專利名稱：基於雷達的水平測量的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及水平測量(level gauging)，特別是，本發明涉及基於雷達的水平測量的方法和設備。
背景技術：
基於雷達的方法被廣泛地用於水平測量，即測量從容器的頂部到在容器內存儲的液體的表面或某種粒狀固體的表面的距離，其中藉助於朝向液體或粒狀固體的表面發送微波，接收在所述液體或固體的表面上反射的微波，即表面回波，並由所述發射的和反射的微波的傳播時間計算容器中的液體或固體的水平。
在這方面的一個非常普遍的問題是，容器一般包括不同的結構，例如梁、支撐梁、管子、攪拌器、箱子壁等。這些結構也可以反射微波，因而這種回波可能干擾從正被測量其水平的液體或固體的表面反射的微波。如果產生幹擾回波的結構距離表面接近於一米的十分之幾，即在一米的十分之幾以內，則具有比表面回波的信號強度相當低的信號強度的幹擾回波將引起測量誤差。如果幹擾回波比來自表面的回波強，則幹擾回波可能被誤選為表面回波。已經提出了各種回波推理的方法來減小這種危險，但是在許多容器環境中這仍然是個問題。
因而正確的微波的選擇是至關重要的，任何用於識別從液體或固體表面反射的微波信號和從其它結構反射的微波的可能性都是非常有用的。
一般地說，現有技術的雷達水平儀選擇最強的回波。
理想的情況是，使用具有相當窄波瓣的天線，所述波瓣位於容器內沒有幹擾回波接近所述天線波瓣的位置。在這種情況下，即使在由於擾動、泡沫等而引起一些劣化之後，表面回波可以是最強的回波。對於較小的容器，各種容器結構可能接近天線射束，儘管天線必須較小。此外，當來自表面的回波接近幹擾回波時，則具有產生大的測量誤差的危險。
發明內容
因而，本發明的主要目的在於提供一種用於基於雷達的水平測量的方法和設備，其中可以識別從液體或固體的表面反射的檢測的微波和由其它幹擾結構反射的檢測的微波。
在這個方面，本發明的一個特定的目的在於提供一種這樣的方法和這樣的設備，其在具有大量的幹擾結構的容器中和其中基於雷達的水平測量設備必須安裝在存在幹擾結構的區域內的容器中是非常有用的。
本發明的另一個目的在於，提供一種這樣的方法和這樣的設備，其也用於具有大的擾動的表面的水平測量，在所述表面反射的微波是弱的。
本發明的另一個目的在於，提供一種這樣的方法和這樣的設備，其是可靠的、高效的、精確的和精密的。
其中，這些目的由所附權利要求中提出的方法和設備實現了。
按照本發明的第一方面，提供一種基於雷達的容器內的物質例如液體或粒狀固體的水平的測量方法，所述容器具有一個或幾個幹擾結構例如橫梁、支撐梁、攪拌器或容器側壁。所述方法包括向液體或粒狀固體的表面和幹擾結構發送預定的偏振狀態例如左手圓形偏振的微波信號。檢測由液體或粒狀固體的表面和幹擾結構反射的、並分別在至少兩個不同的偏振狀態下例如左手和右手圓形偏振下在時間上分解的微波信號。然後，根據檢測的在時間上分解的分別在兩個不同的偏振狀態下的微波信號的信號強度，識別由液體或粒狀固體的表面反射的檢測的微波信號，最後根據識別的微波信號的傳播時間計算在容器內的液體或粒狀固體的水平。
本發明的發明人注意到，被液體或粒狀固體的表面反射的檢測的微波信號可以由具有在兩種不同的偏振狀態下明顯不同的信號強度的裝置來識別。只要所述表面是平靜的，便是如此。與此相反，被幹擾結構的表面反射的檢測的微波信號一般在兩個不同的偏振狀態下具有類似的信號強度。對於微波信號，任何兩個優選地正交的偏振將覆蓋所有可能的不同組合。不過，在信號處理中，可以形成和使用兩個以上的不同的信號。
藉助於檢測在兩個單獨的偏振下的微波回波，可以進行進一步處理，其不僅僅限於幹擾回波的檢測和拒絕，而且使得能夠減少接近於表面回波的幹擾回波的影響。對於每個回波，可以求出在兩個接收的偏振下的信號的線性組合，其中一個回波非常弱，而其它的回波被減小到較小或被減小到更小。假定對於不同的幹擾回波使用不同的線性組合，在許多情況下，這使得能夠大大改善信號幹擾比。使用現有技術的設備，如果幹擾回波接近於表面回波並具有可比的強度，則不能避免大的測量誤差。
此外，可以記錄信號強度的時間差異，來識別擾動表面反射的微波信號和由固定的幹擾結構反射的微波信號。來自擾動表面的回波的時間差異在隨機的檢測中在大多數情況下可以被描述為Raleigh分布的。這可被用作一個區別特徵，用於識別來自擾動表面的回波和來自固定的幹擾回波的穩定得多的回波。在本發明的一個實施例中，偏振的多樣性和時間差異的測量相結合，以便獲得一個對於平靜的和擾動的表面都適用的選擇準則。
能夠產生偏振的微波輻射和能夠單獨接收兩個不同的偏振狀態下的反射的微波輻射的收發器設備優選地包括任何功率分配器，特別是Wilkinson功率分配器、定向耦合器、鐵氧體循環器或多個天線。
按照本發明的第二方面，提供一種基於雷達的水平測量設備，用於實施按照本發明的第一方面的方法。
利用本發明，可以實現一種用於識別被測量的物質的表面反射的檢測的微波信號的非常魯棒的程序。和現有技術的裝置相比，提供本發明用於以較高的精度進行具有較大的幹擾的環境中的測量，即，在所述環境中存在更多的幹擾回波。例如，在物質的表面反射的微波信號可以被識別，儘管這些信號和由幹擾結構反射的微波信號相比較弱或非常弱。
基於雷達的水平儀用於測量容器中的水平，針對本發明的目的，所述容器不僅包括大的貯存器，而且還包括處理設備例如反應器、離心機、混和器、漏鬥、分級機、或者熱處理爐將類似的裝置，它們用於例如食品化學工業、藥品化學工業、生物化學、基因化學和石油化學工業中。
由下面給出的本發明的優選實施例的詳細說明和附圖1-4可以清楚地看出本發明的其它的特徵和優點，所述實施例和附圖只是說明性的，因而不限制本發明。
圖1a用側視圖示意地表示按照本發明的優選實施例的用於基於雷達的水平測量的設備；圖1b-c表示不同種類的回波的不同的偏振性能；圖2a-f以側視圖示意地表示在按照本發明的基於雷達的水平測量設備中使用的收發器結構的不同的實施方案；圖3示意地表示由圖1的設備獲得的接收的反射微波信號的幅值，其對於兩個不同的偏振狀態是傳播時間的函數，表示由被測量的物質表面反射的微波信號和由容器中固定的結構反射的微波信號；以及圖4是一個示意的流程圖，表示按照本發明優選實施例的基於雷達的水平測量的方法。
具體實施例方式
參照圖1a說明本發明的優選實施例，該圖以側視圖示意地表示用於基於雷達的水平測量的設備。該設備可以是一種頻率調製的連續波(FMCW)雷達設備、脈衝雷達設備、或任何其它類型的測距雷達。
在圖1a中由11表示的基於雷達的水平儀被安裝在含有液體或粒狀固體的容器13或容器的頂12的開口的上方，所述液體或粒狀固體的水平14正在被測量。圖中只示出了容器13的一部分，其一般具有多個結構，例如支撐梁16a，攪拌器16b，以及箱側壁16c，它們可能在容器內產生幹擾微波反射。當雷達水平儀要被安裝時，一個基本的準則是尋找一個這樣的位置，在此位置，這種幹擾小，但是堅持這個準則的實際可能性一般是小的。
在操作期間，基於雷達的水平儀11朝向容器13中的液體或粒狀固體的表面14發射微波信號，並接收由所述表面反射的微波信號，即表面回波。此外，基於雷達的水平儀包括信號處理裝置或被連接到信號處理裝置(未被明顯地示出)，用於對微波信號從基於雷達的水平測量儀11到液體或粒狀固體的水平面14再回到基於雷達的水平測量儀11的傳播時間進行計算。
在本說明中使用的傳播時間這個表述一般用於表示距離計算的結果。已知具有幾種類型的用於檢測回波和進行距離計算的基於雷達的設備。不同的基於雷達的設備使用不同的方法，因而產生不同的中間結果。不過，在每種情況下，雷達輸入信號可被描述為具有不同幅值和與發射的信號相比延遲其各個延遲時間的級階相位的回波。
一個例子是脈衝的基於雷達的水平測量設備，其中使用採樣技術來重新標定或展延所述時間1000-1000000倍。另一個例子是FMCW基於雷達的水平測量設備，其中通常線性頻率掃描產生一個頻譜，其中傳播時間被轉換成中頻(IF)。在這種情況下，IF信號相應於脈衝情況下的IF信號的傅立葉變換。在兩種情況下非常短的時間差(1.5mm的距離相應於0.01ns)將被變換成具有方便得多的處理時間和頻率行為的信號，因而信號處理被簡化了，並且可以使用成本較低的、消耗電流較小的元件。
按照本發明，基於雷達的水平測量儀11朝向液體或粒狀固體的表面14和周圍的幹擾結構16a-c發射特定的或預定的偏振狀態下的微波信號；並檢測分別在兩種不同的偏振狀態下在時間上分解的由所述表面14和周圍的幹擾結構16a-c反射的微波信號回波。這裡的在時間上分解指的是對於回波，記錄和發射的信號相比的延遲時間或者取決於所述延遲時間的其它參數值。
優選地，基於雷達的水平測量儀11發射圓形偏振的微波信號，例如左手圓形偏振的LHCP，如圖1a所示，或右手圓形偏振的RHCP，並檢測在左右手圓形偏振狀態LHCP、RHCP兩種狀態下的微波信號回波。不過，其它的偏振狀態也是可能的，例如兩個正交的線性偏振狀態XLP、YLP。
本發明人發現，在容器環境中的不同的結構不同地改變反射的微波信號的偏振狀態。例如，平靜的表面14改變入射的微波的偏振狀態。假定入射的左手圓形偏振的LHCP微波信號，表面回波將基本上是右手圓形偏振的RHCP，如圖1a所示。與此相反，大部分幹擾結構則只部分地改變入射的偏振微波信號的偏振狀態，因而來自幹擾結構的回波在兩種不同的圓形偏振狀態LHCP、RHCP下一般具有相似的信號強度。圖1a中的支撐梁便表示出了這一點。表示這一點的另一個方面是，如果偏振是平行的，或者如果其垂直於例如直的鋼梁，則線性偏振的波將具有顯著不同的反射。
因而，水平儀11的信號處理裝置適用於根據在兩種不同的偏振狀態下的被單獨檢測的微波信號回波的顯著不同的信號強度來識別表面回波。
根據使用的基於雷達的水平儀，可以只檢測不同的幅值，或者可以檢測不同的幅值和不同的相位。大部分脈衝系統只利用幅值，而典型的FMCW系統可以使用相位和幅值。
最後，當得到表面回波時，可以由表面回波的傳播時間計算液體或粒狀固體的水平。
接收的信號可以由曲線來描述，其中接收的信號的去偏振被表示為擾動的程度的函數。擾動的程度可以用不同的方式來確定，不過其是一種和時間有關的度量，並且可以被規定為幅值除以幅值的平均值的標準偏差。一個替代的公式是，最大幅值和最小幅值之間的差除以平均幅值。在圖1b中，對於來自平靜的表面的回波，擾動的程度假定接近於0，而對於來自擾動表面的回波，則接近於1。同樣，去偏振可以用不同的方式確定，不過在圖1b中，假定1接近於光滑的表面，此處發射的LHCP信號被作為全部RHCP信號(或者RHCP作為LHCP)接收，而0.5意味著一半的接收功率作為LHCP被接收，而另一半則作為RHCP接收(這是對於擾動表面的情況)。圓形偏振波(LHCP或RHCP)的一個典型的特性是，藉助於反射，偏振的方向被顛倒(LHCP到RHCP)。
當表面是擾動表面時，表面回波不完全改變偏振狀態，這由圖1b可以看出，其中示出了當從水平儀發射左手圓形偏振的LHCP微波時作為相對的擾動程度的函數的右手圓形偏振的RHCP微波的相對信號強度。表面回波區域由17表示，其中在區域17的上部獲得來自平靜表面的回波，即高的相對RHCP信號強度和低的相對擾動程度，而在區域17的下部則獲得來自高度擾動的表面的回波，即相對的RHCP信號強度接近於0.5和高的相對擾動程度。來自容器中的幹擾結構的典型的回波的區域由18表示，即具有相對RHCP信號強度接近於0.5和低的相對擾動程度的回波。因而，藉助於重複地發射和檢測，可以測量不同回波的信號強度的時間差異。藉助於搜尋具有顯著的時間差異的檢測的回波，可以識別擾動表面的回波和來自固定的結構的回波。因而，時間相關性和偏振二者單獨都不能識別固定的回波和表面回波，但是當以合適的方式組合時，便獲得一種用於識別的非常有效的工具。
在一些環境中，上述的選擇步驟可能不能以高的可靠性選擇正確的表面回波。在這種情況下，可以由在兩個圓形偏振狀態下檢測的微波信號形成處於兩個不同的最好是正交的線性偏振的偏振狀態XLP、YLP的信號，用於選擇正確的表面回波的步驟也可以被在所形成的處於兩個不同的線性偏振的偏振狀態的信號上使用。
來自至少平靜的表面的表面回波對於兩個不同的正交的線性偏振XLP，YLP狀態具有近似的強度，而幹擾回波在兩個不同的線性偏振下具有顯著不同的信號強度。這被示於圖1c中，該圖表示作為水平線性偏振的XLP微波的相對信號強度的函數的垂直線性偏振的YLP微波的相對信號強度。大部分表面回波在19表示的區域內獲得，而大部分幹擾回波則在由20表示的任意一個區域內獲得。
因而，為了簡化正確的表面回波的選擇，可以進行回波的分類，但是這可以被看作只是第一步。提取在兩個偏振下接收的兩個信號通道使得能夠形成信號的任意的線性組合，並通過這種線性組合的合適的選擇，一般能夠改善信號幹擾比。利用按照本發明的回波選擇處理，能夠檢測和識別信號強度比幹擾回波的信號強度低得多的表面回波。
除去信號強度之外，雷達信號的相位也是重要的。一個信號的幅值和相位被稱為複數幅值。根據在基於雷達的水平測量設備的細節，可以只測量幅值或者測量幅值和相位。
下面參照圖2a-f說明在本發明的設備中的微波的發射和接收。注意雖然下面只明確地給出了幾個例子，但是本發明不限於這些例子，而是可以由能夠發射特定的偏振狀態下的微波並能夠單獨地接收在兩個不同的偏振狀態下的微波的任何結構來實現。不過，和其它的雷達設備相比，雷達水平儀是一種低成本的儀器，因而使用的天線結構最好是簡單而成本低的。
在一個典型的實施例中，雷達發射器和一個圓形偏振的天線相連，同時接收器(下面稱為主接收通道)以相反的方向和圓形偏振的天線相連。藉助於這種在偏振上的差異，可以在一個物理天線中包括兩個天線功能，而在它們之間沒有耦合(理想地)。這樣，使用圓形偏振，在旋轉對稱的目標的情況下，可以取消一個發射/接收開關。第二接收器通道(下文稱為輔助接收通道)通過定向耦合器相連，並接收具有和發射的信號相同的偏振的反射的信號。兩個接收通道包括混頻器和IF(中頻)放大器，但是根據雷達的類型，可以使用不同的LO(本地振蕩器)信號。用於這種用途的一個典型的FMCW系統具有和作為LO信號的具有合適的延遲的發送器信號的一部分的零差混和，而一個典型的脈衝信號使用單獨的脈衝振蕩器，所述振蕩器在這種情況下對於兩個接收通道應當是相同的。
圖2a中示出了一種發送器結構，包括基于波導OMT(正交模變換器)的天線21，其通過具有終端24的定向耦合器和發送器部分22相連。兩個接收器通道RHCP和LHCP通過定向耦合器23a並通過90度的混和電路25和天線相連。按上述形成的微波信號被送到兩個混頻器26，所述混頻器後面具有用於中頻的兩個放大器27。標號28表示本地振蕩器。其精確的實施方案可以依照雷達的類型(FMCW，脈衝)而不同，並且在某些情況下，可能在微波側需要低噪聲放大器，以便得到足夠的敏感度。不過，本領域技術人員在閱讀本說明之後，這種實施的細節是容易想出的。
在圖2a中，定向耦合器23作為發送/接收連接裝置，其在功能上是大多數雷達系統的一部分，尤其是這些雷達系統，其中對於發送器和接收器使用同一個天線。所述發送/接收裝置可以是不同類型的。在圖2b中示出了使用鐵氧體循環器23b代替定向耦合器(圖2a中的23a)的解決方案。鐵氧體循環器23b具有3個連接，並以給定的次序在一個輸出中把輸入的信號引向下一個輸出。鐵氧體循環器23b比定向耦合器更加複雜，但是在雷達發射功率預算中節省一些分貝。
圖2c表示另一種解決方案，其中使用Wilkinson功率分配器23c代替定向耦合器，並仍然保持在發送部分和接收部分之間的隔離-在這種情況下，和理想的循環器相比具有2×3分貝的進一步損失。
圖2d中示出了一種更普通的天線結構，具有一個發送器部分TX和兩個接收部分RX1，RX2，其中每個都使用基本上正交的偏振，並具有和發射天線的合理的隔離。例如具有在同一個表面上的雙偏振的許多平面天線設計都是熟知的，並被廣泛地使用(在行動電話基站天線領域中一點也不使用)。
對於一種脈衝系統，發送/接收裝置可以使用一個開關。
在圖2e中示出了如何從利用圖2a所示的裝置獲得的兩個正交的圓形偏振信號獲得兩個正交的線性信號XLP，YLP。
在被包括在基於雷達的水平儀11中的或者和所述水平儀相關的信號處理中執行回波選擇程序。
所述程序可以包括對於每個偏振狀態單獨產生接收的反射微波信號的幅值，其是直到被接收之前的傳播時間的函數。應當注意，被測量的液體或粒狀固體的平靜的表面將給出在每個偏振狀態下顯著不同的幅值的回波，而在容器中的許多幹擾障礙物則給出在不同的偏振狀態下的相似幅值的回波。在理想情況下，如果左手圓形偏振微波信號朝向平靜的表面反射，則在反射時其偏振狀態改變為右手圓形偏振。
由幹擾回波所引起的兩個可能的問題是不正確的回波選擇(其中幹擾回波或許比表面回波較強，可能被選作表面回波)，以及幹擾誤差，其中幹擾回波引起測量回波(即使其大大小於表面回波)。一般只有當表面回波接近幹擾回波時才發生誤差(零點幾米)。上述的類型的接收器和上述的處理將大大減小不正確的回波選擇的危險，而要減少幹擾誤差則需要其它的方法。仍然可以使用兩個接收器通道，並使用圖2f所示的處理，可以大大抑制幹擾回波，其改善信號對幹擾的比。雷達裝置的類型必須是這樣一種裝置，例如通常使用的FMCW基於雷達的水平儀，其測量相位和幅值。對於主接收器通道和輔助接收器通道(例如由圖2a的裝置獲得的)，相位和幅值可以藉助於用於放大和相位延遲的各個裝置29a-b在控制裝置29c的控制下分別地被改變。然後，兩個通道被混和，藉以使幹擾回波可以被或多或少地抵消。對於不同的幹擾回波，用於獲得所述抵消的因數是不同的，不過它們大約都在一個特定的幹擾回波附近。
圖3示意地表示接收的反射微波信號的幅值的圖，對於兩個正交的圓形偏振，例如圖1a所示，所述幅值是傳播時間的函數。假定是左手圓形偏振的發射微波。虛線的曲線31a表示在左手圓形偏振的條件下接收的信號，實線曲線31b表示在右手圓形偏振的條件下接收的信號。
3個微波信號回波32，33，34是清楚可見的。藉助於分析回波的幅值，可以確定，回波32是從被測的液體或粒狀固體的平靜表面反射的回波，而回波33，34是從容器的固定的結構例如梁、攪拌器或容器側壁反射的微波。利用合適的邏輯，即使表面回波不是最強的回波，也能進行正確的表面回波選擇。
因而，一種基於雷達的容器內的物質的水平的測量方法可以參照圖4所示的示意的流程圖進行說明。在步41，發送左手圓形偏振微波信號，在步42，分別接收和檢測在左右手圓形偏振狀態下的朝向被測物質的表面反射的以及朝向任何幹擾結構反射的微波信號。然後，在步43，對於兩個偏振狀態的每一個，計算作為傳播時間的函數的檢測的反射微波信號的幅值。在步44，通過比較圖3所示的兩個函數，識別由表面反射的微波信號32。最後，在步45和46，確定由表面反射的微波信號32的傳播時間，並由所述傳播時間計算物質的水平。
應當理解，對於若干個距離單元即被測物質的表面的水平間隔，並對於每種不同的偏振狀態，作為傳播的時間的函數的接收的反射的微波信號的幅值可被存儲在資料庫中。然後可以隨時採集特定的容器內的幹擾結構的位置和幹擾回波的知識。一旦具有一個資料庫，當計算測量的水平時便可以參考該資料庫。
還應當理解，上面說明的任何方法或方法步驟都可以和使用波瓣分集相結合，以便獲得在各種條件下識別表面回波的能力。在這方面，可以參考我們的共同未決的歐洲專利申請，其名稱為「Method andapparatus for radar-based level gauging」(發明人Kurt-OlovEdvardsson)，該專利申請是和本申請同一天提交的。
還應當理解，在本發明可以通過使用兩個不同偏振的發射通道和一個偏振的接收通道來實現的意義上，具有一個偏振的發射通道和兩個不同偏振的接收通道的本發明的構思是完全可以互易的。
為了實現這種構思，發射通道必須被相繼地操作，以便分別檢測從每個發射通道接收的回波信號。
因而，基於雷達的用於測量具有至少一個幹擾結構的容器中的物質的水平的方法包括以下步驟(i)相繼地朝向所述物質的表面14以及所述至少一個幹擾結構發射兩個不同的偏振狀態下的微波信號；對於每個發射的微波信號，分別檢測在時間上分解的處於預定偏振狀態下的由所述物質的表面反射的以及由所述至少一個幹擾結構反射的微波信號(32，33)；根據檢測的在時間上分解的微波信號的信號強度，識別被所述物質的表面反射的所述檢測的微波信號(32)；以及根據識別的微波信號的傳播時間計算容器內的所述物質的水平。
如果發射的信號的兩個偏振狀態是左右手圓形偏振，則接收通道一般被設置用於接收和檢測左手或右手圓形偏振的微波中的任何一個。
因而，對於兩個發射偏振，表面回波將具有非常不同的信號強度，而去偏振的幹擾結構將對於兩個發射偏振產生具有相似的信號強度的回波。
權利要求
1.一種基於雷達的容器(13)內的物質的水平的測量方法，所述容器具有至少一個幹擾結構(16a-c)，其特徵在於所述方法包括以下步驟-向所述物質的表面(14)和所述至少一個幹擾結構發送預定的偏振狀態(LHCP)的微波信號；-檢測由所述物質的表面和所述至少一個幹擾結構反射的、在時間上分解的分別在兩個不同的偏振狀態(LHCP，RHCP)下的微波信號(32，33，34)；-根據檢測的在時間上分解的分別在兩個不同的偏振狀態下的微波信號的信號強度，識別由所述物質的表面反射的檢測的微波信號(32)以及-根據識別的微波信號的傳播時間計算在所述容器內的所述物質的水平。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述預定的偏振狀態是圓形偏振的偏振狀態(LHCP)。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述兩個不同的偏振狀態是兩個實質上正交的圓形偏振的偏振狀態(LHCP，RHCP)。
4.如權利要求3所述的方法，其中被所述物質的表面反射的檢測的微波信號由具有在所述兩個不同的偏振狀態下顯著不同的信號強度的裝置來識別(17；31a-b，32)。
5.如權利要求3或4所述的方法，其中-由在所述兩個實質上正交的圓形偏振的偏振狀態下的微波信號形成一個在兩個不同的線性偏振的偏振狀態(XLP，YLP)下的信號；以及-所述識別步驟還基於所述在兩個不同的線性偏振的偏振狀態下的信號。
6.如權利要求5所述的方法，其中由所述物質的表面反射的檢測的微波信號由具有在所述兩個不同的線性偏振的偏振狀態下相似的信號強度的裝置來識別(19)。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述預定的偏振狀態是線性偏振的偏振狀態；所述兩個不同的偏振狀態是兩個實質上正交的線性偏振的偏振狀態。
8.如權利要求1-7任何一個所述的方法，其中-在所述檢測步驟中，對於在所述兩個不同的偏振狀態(LHCP，RHCP)的每個偏振狀態下的每個反射的微波信號，獲得作為傳播時間的函數的信號強度(31a-b)；以及-由所述物質的表面反射的檢測的微波信號藉助於比較所述函數來識別(31a-b)。
9.如權利要求8所述的方法，其中在所述檢測步驟中對於在所述兩個不同的偏振狀態的每個偏振狀態下的每個反射的微波信號獲得的作為傳播時間的函數的信號強度被存儲在一個資料庫中。
10.如權利要求1-9任何一個所述的方法，其中-所述發射和檢測的步驟被重複；以及-所述識別步驟還基於被檢測的微波信號的信號強度的變化。
11.如權利要求1-10任何一個所述的方法，其中所述物質是液體或粒狀固體。
12.如權利要求1-11任何一個所述的方法，其中所述至少一個幹擾結構是梁(16a)、攪拌器(16b)、或者容器側壁(16c)中的任何一種結構。
13.如權利要求1-12任何一個所述的方法，其中所述檢測的步驟由包括功率分配器，特別是Wilkinson功率分配器、定向耦合器、鐵氧體循環器、或多個天線的任何一個的裝置進行。
14.如權利要求1-13任何一個所述的方法，其中測量每個所述檢測的微波信號的相位。
15.如權利要求1-14任何一個所述的方法，其中所述在時間上分解的並分別在兩個不同的偏振狀態下的檢測的微波信號被混和，優選地在其各自的幅值和選擇的相位改變之後，以便形成其中由所述至少一個幹擾結構反射的微波信號被抑制的微波信號。
16.一種基於雷達的容器(13)內的物質的水平的測量設備，所述容器具有至少一個幹擾結構(16a-c)，其特徵在於所述設備包括-發射器，用於向所述物質的表面(14)和所述至少一個幹擾結構發送在一個預定的偏振狀態(LHCP)的微波信號；-檢測器，用於檢測由所述物質的表面和所述至少一個幹擾結構反射的、在時間上分解的分別在兩個不同的偏振狀態(LHCP，RHCP)下的微波信號(32，33，34)；以及-處理裝置，用於根據檢測的在時間上分解的分別在兩個不同的偏振狀態下的微波信號的信號強度，識別由所述物質的表面反射的檢測的微波信號(32)，並用於根據識別的微波信號的傳播時間計算在所述容器內的所述物質的水平。
17.如權利要求16所述的設備，其中所述預定的偏振狀態是圓形偏振的偏振狀態(LHCP)。
18.如權利要求17所述的設備，其中所述兩個不同的偏振狀態是兩個實質上正交的圓形偏振的偏振狀態(LHCP，RHCP)。
19.如權利要求18所述的設備，其中所述處理裝置適用於由具有在所述兩個不同的偏振狀態下顯著不同的信號強度的裝置，來識別被所述物質的表面反射的檢測的微波信號(17；31a-b，32)。
20.如權利要求18或19所述的設備，其中所述處理裝置適用於由在所述兩個實質上正交的圓形偏振的偏振狀態下的微波信號形成一個在兩個不同的線性偏振的偏振狀態(XLP，YLP)下的信號；並適用於還基於所述在兩個不同的線性偏振的偏振狀態下的信號進行所述識別。
21.如權利要求16-20任何一個所述的設備，其中所述處理裝置適用於對於在所述兩個不同的偏振狀態(LHCP，RHCP)的每個偏振狀態下的每個檢測的反射的微波信號形成一個作為傳播時間的函數的信號強度(31a-b)，並藉助於比較所述函數來識別由所述物質的表面反射的檢測的微波信號(31a-b)。
22.如權利要求16-21任何一個所述的設備，其中-所述發射器和所述接收器分別適用於重複地發射和檢測，並且-所述處理裝置適用於還基於檢測的微波信號的信號強度的改變進行所述識別。
23.如權利要求16-22任何一個所述的設備，其中所述物質是液體或粒狀固體。
24.如權利要求16-23任何一個所述的設備，其中所述至少一個幹擾結構是梁(16a)、攪拌器(16b)、或者容器側壁(16c)中的任何一種結構。
25.如權利要求16-24任何一個所述的設備，其中所述檢測步驟由包括功率分配器，特別是Wilkinson功率分配器、定向耦合器、鐵氧體循環器、或多個天線的任何一個的裝置進行。
26.一種基於雷達的用於測量具有至少一個幹擾結構(16a-c)的容器(13)內的物質的水平的方法，其特徵在於包括以下步驟-相繼地向所述物質的表面(14)以及所述至少一個幹擾結構發射兩個不同的預定偏振狀態下的微波信號；-對於每個發射的微波信號，分別檢測在時間上分解的處於一個預定偏振狀態下的、由所述物質的表面反射的以及由所述至少一個幹擾結構反射的微波信號(32，33)；-根據檢測的在時間上分解的微波信號的信號強度，識別被所述物質的表面反射的所述檢測的微波信號(32)；以及-根據識別的微波信號的傳播時間計算所述容器內的所述物質的水平。
全文摘要
一種基於雷達的容器(13)內的物質的水平的測量方法，所述容器具有至少一個幹擾結構，例如梁(16a)，攪拌器(16b)或者容器側壁(16c)，包括以下步驟向所述物質的表面和所述至少一個幹擾結構發送預定的偏振狀態(LHCP)的微波信號；分別在兩個不同的偏振狀態(LHCP，RHCP)下檢測由所述物質的表面和所述至少一個幹擾結構反射的微波信號(32，33，34)；根據檢測的分別在兩個不同的偏振狀態下在時間上分解的微波信號的信號強度，識別由所述物質的表面反射的檢測的微波信號(32)以及根據識別的微波信號的傳播時間計算在所述容器內的所述物質的水平。
文檔編號G01S13/08GK1729386SQ200380106970
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月18日 優先權日2002年12月20日
發明者庫爾特·奧羅弗·艾德瓦爾德森 申請人:Saab羅斯蒙特儲罐雷達股份公司