CN105300468B - 基于模糊逻辑测量仓的内容物的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于模糊逻辑测量仓的内容物的系统和方法。一种方法、非暂时性的计算机可读介质和系统，包括模糊逻辑模块，所述模糊逻辑模块被布置为响应于由接收机接收到的被接收回波，应用模糊逻辑算法以计算被接收回波的起源的置信水平；其中被接收回波从起源被反射或被散射；及体积计算器，所述体积计算器被布置为响应于(a)起源的估计位置，和(b)起源的置信水平，计算内容物的体积。

Description

基于模糊逻辑测量仓的内容物的系统和方法

技术领域

本发明涉及库存的监测和过程的测量，且更特别涉及用于测量仓的内容物的系统和方法。

背景技术

对液体库存的监测通常是简单的。相比之下，对由堆在如筒仓的仓内的颗粒物组成的散装固体库存的监测往往很难。这些散装固体库存的例子包括用于建筑的水泥和沙子、粮食、化肥等。仓内的散装材料的水平的测量是一个尚未完全解决的问题。仓内的状况通常是不利的(灰尘、极端的温度等)和存储在仓内的散装材料的内容物往往没有平坦的表面且不总是各向同性的。其他的困难来自于使用的仓形状的广泛种类和一些仓内的易爆环境。

本文使用的术语“仓”的范围包括用于散装颗粒固体的任何储存容器，其结构限定了用于容纳和存储固体的内部容积。这样的仓可能会在上面封闭、下面封闭和四周封闭，如当仓是筒仓、器皿或槽的情况，或者可能是上面开口或一个或多个侧面开口。在下面的本发明的详细描述中使用的“仓”的例子是筒仓；但是对本领域的那些技术人员将明显的是如何将本发明的原理应用到任何类型的仓。

已知五种主要的方法用于如筒仓的仓的内容物的连续测量。

机电(yo-yo)水平传感器主要由在一卷带的一端的砝码构成。砝码被允许在筒仓内下降到内容物的上表面所位于的深度。当砝码被定位于内容物的顶部时，带内的张力松弛。砝码然后缩回至顶部设置点。内容物的高度根据缩回砝码所需的时间或根据测得的带的长度推断出。

诸如yo-yo传感器的机械设备是不可靠的。它们易被灰尘堵塞和被筒仓内的诸如泵和杆的障碍物卡住。

超声水平传感器基于超声波发射和接收原理工作。来自发射机的高频声波被内容物的上表面反射到接收器。内容物的高度根据往返传播时间推断。这种传感器具有有限的范围且在存在灰尘时工作欠佳。此外，这种装置需要定制设计以用于不同类型的筒仓。

雷达水平传感器基于电磁波发射与接收原理工作。来自发射机的电磁波被内容物的上表面反射到接收器。内容物的高度根据往返传播时间推断。

电容传感器测量两个金属杆之间的电容或金属杆和地面之间的电容。由于筒仓的内容物具有与空气不同的介电常数，电容根据所述两杆之间或杆与地面之间的内容物的上表面的水平进行变化。这样的传感器趋于不准确且对湿度和存储在筒仓中的材料的类型敏感。

以上讨论的所有现有技术的传感器对内容物的形状不敏感，因此在称为“形成圆锥形”的共同现象存在的情况下是不准确的，该现象在散装颗粒固体通过仓的底部撤出时发生：其顶点在撤出点的正上方的倒锥形孔趋于在散装颗粒固体中形成。在散装颗粒固体被从顶部添加到仓时，发生类似的现象：固体往往堆积在其顶点在固体的插入点的正下方的圆锥中。这些传感器在具有复杂的几何形状的仓中及在存在障碍物的情况下工作欠佳。

重量计通过测量保持筒仓的杆中的张力来测量移动筒仓及其内容物的重量。这种仪表的安装复杂，而且它们只适用于具有金属腿的移动筒仓。

对于能够克服目前已知的方法的上述缺点的测量诸如筒仓的仓的内容物的方法存在广泛认可的需要，且具有这种方法将是非常有利的。特别是，在现有技术中未知三维绘制仓的内容物的上表面。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于估计仓的内容物的体积的系统，该系统可包括：模糊逻辑模块，所述模糊逻辑模块被布置为响应于由接收机接收到的被接收回波，应用模糊逻辑算法以计算被接收回波的起源的置信水平；其中所述被接收回波从所述起源被反射或被散射；及体积计算器，所述体积计算器可被布置为响应于(a)所述起源的估计位置，和(b)所述起源的置信水平，计算所述内容物的体积。

该系统可包括接收机，其中接收机可被布置为检测所述被接收回波的峰值，并计算所述峰值的到达时间和所述被接收回波的到达方向。

所述接收机可被布置为计算被接收回波的参数；且其中所述模糊逻辑模块可被布置为通过对所述被接收回波的参数应用模糊逻辑算法来计算被接收回波的属性。

所述模糊逻辑模块可被布置为计算信噪比属性和恒虚警阈值中的至少一个被接收回波属性。

所述模糊逻辑模块可被布置为应用非线性的模糊逻辑算法。

所述模糊逻辑模块可被布置为应用线性的模糊逻辑算法。

所述体积计算器可被布置为保持参考回波的数据库和比较接收到的回波与参考回波以提供比较结果。

所述体积计算器可被布置为响应所述比较结果中的比较结果来更新参考回波的至少一个属性。

所述体积计算器可被布置为确定如果所述比较结果表明所述参考回波的信噪比低于对应于所述参考回波的被接收回波的信噪比，则更新所述参考回波的至少一个属性。

所述体积计算器可被布置为从所述参考回波的数据库删除与在多个发射和接收周期期间不反射或散射被接收回波的起源相关的参考回波。

所述体积计算器可被布置为如果在多个发射和接收周期期间噪声水平便利从所述起源接收被接收回波，则删除所述参考回波。

所述体积计算器可被布置为检测假回波。

所述体积计算器可被布置为基于另一被接收回波的属性来改变被接收回波的属性。

所述体积计算器可被布置为如果在所述被接收回波的起源和另一被接收回波的起源之间形成的虚拟斜率超过所述内容物的最大可允许斜率，则将被接收回波归类为假回波。

根据本发明的一个实施例，可提供一种用于估计仓的内容物的体积的计算机化的方法，该方法可包括：响应于由接收机接收到的被接收回波由模糊逻辑模块应用模糊逻辑算法以计算被接收回波的起源的置信水平；其中所述被接收回波从所述起源被反射或被散射；及由体积计算器响应于(a)所述起源的估计位置，和(b)所述起源的置信水平，计算所述内容物的体积。

该方法可包括检测所述被接收回波的峰值，和计算所述峰值的到达时间和所述被接收回波的到达方向。

该方法可包括计算被接收回波的参数；及通过对所述被接收回波的参数应用模糊逻辑算法来计算所述被接收回波的属性。

该方法可包括计算信噪比属性和恒虚警阈值中的至少一个被接收回波属性。

该方法可包括应用非线性的模糊逻辑算法。

该方法可包括应用线性的模糊逻辑算法。

该方法可包括保持参考回波的数据库，和比较被接收回波与参考回波以提供比较结果。

该方法可包括响应于所述比较结果中的比较结果来更新参考回波的至少一个属性。

该方法可包括确定如果所述比较结果表明所述参考回波的信噪比低于对应于所述参考回波的被接收回波的信噪比，则更新所述参考回波的至少一个属性。

该方法可包括从所述参考回波的数据库删除与在多个发射和接收周期期间不反射或散射被接收回波的起源相关的参考回波。

该方法可包括如果在多个发射和接收周期期间噪声水平便利从所述起源接收被接收回波，则删除所述参考回波。

该方法可包括检测假回波。

该方法可包括基于另一被接收回波的属性来改变被接收回波的属性。

该方法可包括如果在所述被接收回波的起源和另一被接收回波的起源之间形成的虚拟斜率超过所述内容物的最大可允许斜率，则将被接收回波归类为假回波。

其中，该方法包括接收声能量脉冲的回波。

根据本发明的一个实施例，可提供一种非暂时性的计算机可读介质，其存储有使计算机系统执行以下操作的指令：响应于由接收机接收到的被接收回波，应用模糊逻辑算法以计算被接收回波的起源的置信水平；其中被接收回波从所述起源被反射或被散射；及响应于(a)所述起源的估计位置，和(b)所述起源的置信水平，计算所述内容物的体积。

该非暂时性的计算机可读介质可存储可使计算机系统执行在本说明书或权利要求中公开的任何方法的任何阶段或阶段的任何组合的指令。

附图说明

视为本发明的主题在说明书的结尾部分特别指出和明确提出。然而，本发明，关于组织和操作方法及其目的、特征和优点，通过结合附图阅读，并参照下面的详细描述，可以被最好地理解，在附图中：

图1是本发明的系统的高层的示意性框图；

图2是具有安装在筒仓的天花板上的图1的系统的筒仓的局部剖视图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的方法；

图4示出了根据本发明的一个实施例的图3的方法的各个阶段；

图5示出了根据本发明的一个实施例的图3的方法的各个阶段；

图6示出了根据本发明的一个实施例的各种被接收回波；

图7示出了根据本发明的一个实施例的由图1的系统访问和维护的各种数据结构；

图8是根据本发明的一个实施例的具有安装在筒仓的天花板的和具有预期属于内容物的上表面的多个估计的点的图1的系统的筒仓的局部剖视图；

图9图示了由多路径导致的假回波；及

图10图示了根据本发明的一个实施例的线性模糊逻辑函数。

将要理解的是，为了说明的简单和清晰，图中所示的元素不一定按比例绘制。例如，为了清晰起见，某些元素的尺寸可能相对于其他元素被放大。此外，在认为适当的地方，参考数字可能在附图中被重复以指示相应的或类似的元素。

具体实施方式

在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节以提供对本发明的深入理解。然而，本领域的技术人员将理解的是，可在没有这些具体的细节的情况下实施本发明。在其他情况下，众所周知的方法、程序和组件没有被详细描述以避免使本发明晦涩难懂。

视为本发明的主题在说明书的结尾部分特别指出和明确提出。然而，本发明，关于组织和操作方法及其目的、特征和优点通过结合附图阅读并参照下面的详细描述可以被最好地理解。

将理解的是，为了图示的简单和清晰，图中所示的元素不一定按比例绘制。例如，为了清晰起见，某些元素的尺寸可以相对于其他元素被放大。此外，在认为适当的地方，参考数字可能在附图中被重复以指示相应的或类似的元素。

在说明书中对系统的任何引用应准用于可由系统执行的方法。

因为本发明所说明的实施例大部分可以使用本领域技术人员所熟知的电子组件和电路实现，为了理解和评估本发明的基本概念，且为了不使本发明的讲解混淆或混乱，细节将不会以更大的篇幅被阐释，除非如上所说明的认为是有必要的。

在说明书中对方法的任何引用应准用于可执行该方法的系统，且应准用于存储一旦由计算机执行导致该方法的执行的指令的非暂时性的计算机可读介质。

在说明书中对系统的任何引用应准用于可由系统执行的方法，应准用于存储一旦由计算机执行导致该方法的执行的指令的非暂时性的计算机可读介质。

本发明是用于测量储存在诸如筒仓、开口仓、圆顶等的仓中的材料的量的系统。具体地说，本发明可用于监测筒仓中的库存。

根据本发明的内容物测量的原理和操作通过参考附图和相应的描述可以被更好地理解。

仓包含未知量的内容物—如形成未知的三维形状的固体内容物。例如，在顶部具有单个填入点的圆筒形仓中，内容物可能堆积为圆锥。假定上表面的形貌和仓的尺寸确定仓内的固体材料的体积。

术语回波的意思是被接收机接收的并且由于辐射脉冲的传输从物体被散射的或被反射的辐射信号。

术语“起源”是指回声源—指的是接收机估计的反射、散射或以其他方式将回波导向到接收机的位置。

术语回波和起源在本说明书中以可互换的方式使用。

对应的回波是共享相同的(或实质上相同的)起源的回波。

术语“列表”和“数据库”是数据结构的非限制性的例子且以可互换的方式使用。

图1示出了根据本发明的一个实施例的系统10。

系统10包括模糊逻辑模块20、存储器单元12和体积计算器30。这些模块可以属于(或可以形成)计算机系统。

图1图示了系统10还包括接收机50和发射机40。发射机40和接收机50形成收发机70。值得注意的是，系统10内包括的任何这些组件是可选的。

发射机40可在多个时段发射辐射脉冲。辐射脉冲可以是射频脉冲、声脉冲等。

接收机50可接收从辐射脉冲的传输产生的接收到的回波。

声能量脉冲可能宽到足以覆盖而无需扫描内容物的上表面的相对较大的区域—与可以被窄截面射频或窄截面(约10度的孔径)超声波覆盖的更窄得多的区域相比。值得注意的是，本发明可以准用于大(约60-80度的孔径)截面的射频脉冲(例如1GHz射频脉冲)或使用射频的扫描系统或使用超声波的扫描系统。声能量脉冲可以具有2-7赫兹之间的频率。

图2是根据本发明的一个实施例的具有安装在筒仓300的天花板312上的且面对内容物的上表面90的系统10的筒仓300的局部剖视图。

(图1中的)发射机40和接收机50是由三个不共线的声收发机70实现的。这种声收发机的非限制性例子是在美国专利8091421中示出的，该美国专利通过引用并入本文。值得注意的是，收发机的数量可以不同于三，且可以使用射频和超声辐射。

每一声收发机70可以包括发射路径和接收路径。发射路径可以包括脉冲整形器71、调制器72和换能器(扬声器)73而接收路径可以包括换能器(麦克风)74、解调器75、脉冲压缩器76和后处理器77，如在标题为“Variable length ranging and direction-findingsignals constructed from beamlimited kernals and sparse spreading sequences”、序列号为13/041461、提交日期为2011年7月3日的美国专利申请中示出的，该美国专利申请通过引用并入本文。

脉冲整形器71从内核生成基带脉冲。调制器72使用基带脉冲调制载波。换能器73将调制的载波作为发射的声脉冲56朝向内容物的上表面90发出到支持载波传播的介质。

回波58从上表面90的回波起源57反射并被换能器74接收。解调器75解调回波以提供接收的基带脉冲的表示。

脉冲压缩器76通过反卷积压缩基带脉冲的表示。脉冲压缩提供了是原始内核的时移表示的压缩脉冲。后处理器77将后处理应用于压缩脉冲和将上表面90的多个点的范围推断为声脉冲56和回波58的往返行程传播时间的结果的一半。

通过利用收发机70的不同组合来发射声脉冲和接收回波来获取方向信息。

一个或多个收发机70可以在任何给定的时间点作为发射机操作且可以将声能量的脉冲(声脉冲)56朝向仓300的内容物80的上表面90发出。

声脉冲56在图2中被用符号表示为从一个收发机70出现的波形。从上表面90反射回到收发机70的声脉冲56的回波由图2中的箭头58表示。

由作为接收机50操作的收发机70接收到的回波58反过来又可以产生代表内容物80的上表面90的形状的检测信号。

检测信号可以响应回波的到达时间，回波到达不同收发机的时间之间的关系，和收发机的空间布局。

回波通常会发自大的表面，及上表面上的不规则区域，和材料接触壁而创建角落的筒仓侧壁。该系统将获得一个接一个的回波，根据各个回波起源距离系统的范围在时间上分开。

假定每接收到回波的时候，系统10(例如接收机50)可以生成接收到的回波的起源的范围(基于到达时间TOA)和接收的回波的到达方向(DOA)的估计。

可使用，例如，多个接收器(或诸如图2的三个收发机70的收发机)，并应用基于三角测量的方法(或其他方向定位法)检测每一回波的方向来获得DOA。

假定仓是一个嘈杂的环境且范围和DOA估计的准确性取决于噪声。此外，所接收的回波之间的间隔是由系统的范围分辨率确定的且可能导致估计方向的附加误差。

所接收的回波的信号噪声比(SNR)由SNR属性表示，其可能随时间而变化。SNR可能是回波起源的几何结构的函数且取决于在测量时间空气中的粉尘浓度。粉尘浓度可能随时间而变化(例如，通常在填充后，空气会比几小时后具有更多灰尘)。因此，信号强度可能随时间而变化。噪声通常是由于外部噪声源引起的，如由在仓的附近的可能产生声能量或电磁能量的机械引起的。

除了来自材料的有意义的回波，系统可能由于多路径轨迹得到假回波。图8示出了存储内容物80的筒仓300的横截面，系统的收发机70使用辐射脉冲56照射在内容物80的上表面90上的点57。点57把辐射脉冲56的回波朝向筒仓300的左壁(路径58(1))反射且左壁将回波(路径58(2))朝向收发机70反射。

点57是回波58的真实起源，但由于多路径，收发器“看到”位于仓300的外部的错误的起源55–位于路径58(2)的DOA但位于等于路径58(1)和58(2)的总和的距离(距收发机70)处。

基于其在筒仓300外的相对大的距离，系统可以确定错误的起源55不是回波的真正起源。该系统还可以对错误的起源55应用模糊逻辑算法和减少与错误的起源有关的被接收回波58的置信水平。

使用其它频率的脉冲，另外或者替代地通过辐射点57可以检测到多路径–其中多路径可能被预期导致不同的被接收回波。

系统10可以检测到假回波且不应将这样的假回波包括在最后的内容物体积估计中。

除了上述(筒仓环境外的位置)之外，系统可以通过检测被接收回波的起源和另一个被接收回波的起源之间的角度大于最大内容物斜率来检测假回波。

可以通过改变对相同区域的照射角度，导向在被接收回波的起源处具有零能量(或非常低的能量)的辐射脉冲，和接收具有大量能量的回波，也可以检测假回波。

预计回波的“真正”起源也可以在其他视角如在不同频率或不同波束倾角的过渡处被看到。其起源没有被其他视角验证的回波可以看作假回波且可以接收较低的置信水平。

粉尘和噪声源可以修改每个回波的幅度(暂时从扫描仪消除回波)和方向。

来自系统10的体积读数应不受粉尘浓度和噪声的波动的影响。来自筒仓外部的机械的噪声或灰尘水平的变化不应在报道的体积水平中创建波动。

假回波应被有效地过滤，导致在组的成员之间自相一致的回波的子组且它们中的任何一个都不违反诸如所有回波源应在仓内部的一些通用规则。

具有低SNR的回波的权重应低于具有高SNR的强回波的权重。

系统10可以在不同的时间点进行多次测量且被布置为随着时间提供稳定的测量结果。系统10可以考虑被反射的回波的各种参数，这些参数即使在内容物体积保持不变时也可能波动。系统10被布置为了解来自每个回波的被估计的信息的质量。由于信号质量/回波源是变化的，可靠的质量属性可以协助在最佳质量的信号估计回波参数。

系统10可以通过随时间跟踪被接收回波，将置信水平分配(使用模糊模块20)给回波的起源，动态更新反映基准回波的数据结构，和以平滑的方式删除参考回波(在核查接收的可能来自该起源的接收回波，但在多个发射和接收周期期间没有接收到这样的回波后)来提供稳定的结果。单个辐射脉冲可以在单一的发射和接收周期期间传输。

接收机50可以被布置为检测被接收回波的峰值(最大点)和在计算TOA和DOA时参考这些峰值。

体积计算器30可以保持如图7所示的那些的各种数据结构。

图7示出了被接收回波的数据库302，其存储被接收回波的属性302(1)–302(J)(如由于在一个或多个发射和接收周期期间由一个或多个辐射脉冲照射内容物而接收的被接收回波)。

图7也示出了参考回波数据库310，其存储参考回波的属性310(1)–310(k)。参考回波在过去被接收到。参考回波的属性可随着时间的推移不断更新。

图7还示出了待被用于体积计算的回波的列表320。这个列表320可以等于计算体积的时间点的参考回波数据库310。另外，列表320可能与参考回波数据库310在以下方面不同：其包括的回波数量，存储置信水平而不存储属性，包括比数据库310中包括的更多或更少的回波，等。

体积计算器30可以被布置为通过添加新的参考回波、删除现有的参考回波、和改变参考回波的属性来更新参考回波属性数据。

在每个发射和接收周期，接收机50被布置为接收一个或多个被接收回波并识别每个脉冲的最大点。

图6示出了根据本发明的一个实施例的三个图201、202和203。

图201包括由第一收发机在第一发射和接收周期期间接收到的三个被接收回波210、220和230。图202包括由第二收发机在第一发射和接收周期期间接收到的三个被接收回波210’、220’和230’。被接收回波210和210’、220和220’、及230和230’之间的TOA的差允许系统10计算这些被接收回波的DOA。

图203包括由第一收发机在第二发射和接收周期期间接收到的三个被接收回波212、222和232。

图6还示出了被接收回波210、220、230、210’、220’、230’、212、222和232的最大点211、221、231、211’、221’、231’、213、223和233。

被接收回波的每个最大点与被接收回波的起源相关联，且起源的位置通过由最大点(T1、T2、T3、T1’、T2’、T3’和T4’)和通过它的到达方向表示的TOA计算出。

被接收回波210和212具有实质上相同的起源且被视为对应的被接收回波。

被接收回波220和222具有实质上相同的起源且被视为对应的被接收回波。

图203不包括被接收回波230。因此，被接收回波230可以被发送到删除过程。如果被接收回波244没有在第二个发射和接收周期之前被接收到，则被接收回波244可以作为新的参考回波被添加到数据库310。

体积计算器30被布置为将被接收回波与参考回波进行比较。如果参考回波数据库310不包括对应于被接收回波的参考回波(没有与被接收回波具有实质上相同的起源的参考回波)，则该被接收回波可以被添加到数据库310且被视为新的参考回波。

被期望具有对应的被接收回波-但这样的被接收回波未被接收到的数据库的参考回波被馈送到删除过程，该删除过程确定是否从数据库310中删除这些参考回波。

删除过程可忽略在发射和接收周期期间缺乏对应的被接收回波，在该发射和接收周期期间，SNR太低而不能接收到这样的对应的被接收回波。

如果仅接收到预期被接收回波的子集–如果在N个发射和接收周期期间只接收到最多M个对应的被接收回波(在此期间，接收参数便利这些被接收回波的接收)，则在删除过程可能会从数据库310和/或列表320删除参考回波，其中N超过M。M可能是零，N可能是三或更多。

如果当前的SNR低于它们可能已被检测到的最小SNR，在数据库310和列表320中具有为零(或几乎为零)的置信水平的参考回波可能不被从列表320(和/或数据库310)删除。

另外或可替代地，如果参考回波被发现是假回波，它将被从列表和数据库310删除。

回顾图1，模糊逻辑模块20可以被布置为计算每一个参考回波和/或被接收回波的置信水平。置信水平可以作为被接收回波和/或参考回波的属性且可以被存储在数据库302和310中。

模糊逻辑模块20可应用一种或多种模糊逻辑算法，这有助于由体积计算器30执行的体积测量的稳定性。

回波的置信水平可以基于回波的一个或多个属性计算。属性可包括，例如，至少下列项中的几个：

a.信号噪声比属性-信号与噪声的能量比值。噪声通常在分离的监听周期测量。

b.恒虚警率(CFAR)阈值属性–回波能量和回波范围附近的平均能量的比值。

c.仓内属性-回波起源的坐标由飞行时间和到达角度的估计决定，假设已知筒仓的几何形状和扫描仪的位置。要求回波源将在筒仓壁(包括地板)内。

d.物理限制属性–反映了到物理障碍或可能与特定的频率和/或DOA相关的其他物理约束的接近度。

e.相对能量属性–一般，最接近收发机的回波(最小范围)应是直接反射，因此更值得信赖作为在建立回波的一致的子群的过程中的反复点。然而，在有些情况下，虽然实际的材料水平远，但是由于筒仓中的物体或材料堆积，在近范围内会有少量残余回波。为了解决这个问题，系统定位最强的回波，从而减少具有显著(～x10)低能量的回波的CL。

f.角度矛盾属性–内容物的上表面的斜率预计在最大斜率值以下且起源之间的斜率应该低于最大斜率值。

图10示出了根据本发明的一个实施例的线性模糊逻辑函数。曲线401-405表示模糊逻辑函数应用于各种参数(分别为SNR属性、CFAR属性、筒仓外属性、相对能量属性、和物理限制属性)。x轴表示参数的值，而y轴表示属性值。

根据本发明的一个实施例，回波的置信水平是一些或所有这些属性的模糊逻辑函数。模糊逻辑模块30可以将回波的置信水平设置为所有属性的最小值。

值得注意的是，每个属性可以通过将模糊逻辑函数应用到由接收机50或甚至由体积估计器本身计算的相应的参数来计算(SNR、CFAR、相对能量、与仓壁有关的位置、斜率……)。

角度矛盾估计可通过以下过程来检测和处理：

按其范围(起源到接收机的距离)对被接收回波进行分类。

循环所有可能的起源对，每对有较近的回波(具有置信水平CL1)和遥远的回波(具有置信水平CL2)。

计算角度矛盾的相互置信水平(CL_A)。

在某些角度矛盾(CL_A＜1)的情况下，CL2可被减小(接近范围优先级)。

CL2可以与CL1和CL2成比例地减小。

a.B＝max((1-CL1)，CL_A)。

b.CL2＝min(CL2，B)。

列表320的回波的置信水平可确定在内容物80的体积计算中被分配给该回波的权重。

在多个发射/接收周期期间(在该期间应该已经被接收到)未被接收到之后，低置信水平的参考回波可被从数据库310删除。

系统10在删除之前可在数据库310和列表320中保持具有低置信水平的许多参考回波，且这可导致改善的稳定度，因为低置信水平参考回波的去除(特别是平滑去除)将不会显著改变内容物的体积估计。

根据本发明的一个实施例，置信水平属性仅能通过随着时间增加它来更新。因此，置信水平属性值可被保持在反映参考脉冲的最佳接收条件的值-例如-反映最佳SNR的值。

在准备好列表320之后，体积计算器可以响应于下式估计内容物的体积，特别是它可以执行以下计算：

其中“仓的XY面积”表示仓的沿着垂直于Z轴的假想XY平面的截面，Zi是第i个起源的高度(对包括在列表320中的所有起源求和)，CLi是列表320的第i个起源的置信水平。

图7图示了被预期形成内容物的上表面的起源99，及一点的高度(Zi98)。列表320可包括所有的起源99或起源99的子集。

如果仓的XY截面随着仓的高度而改变，则由积分替代乘法。

图3示出了根据本发明的一个实施例的方法100。

方法100可通过测量噪声水平的阶段110开始。该阶段可以响应于事件(诸如SNR的减小)以循环的方式进行。它可以每多个发射和接收周期执行一次。

阶段110之后可以是由发射机朝向仓的内部发射辐射脉冲的阶段120。

阶段120之后可以是由接收机接收辐射脉冲的回波的阶段130。

阶段130可以包括计算被接收回波参数，如SNR、CAFR、与筒仓相关的位置、相对能量等。

阶段130可以包括检测被接收回波的峰值，计算被接收回波的峰值的到达时间和到达方向。

阶段130可以包括基于另一个被接收回波的属性改变被接收回波的属性–这可包括计算相对能量属性。

阶段130之后可以是去除假回波的阶段170和阶段140。

阶段140可以包括通过模糊逻辑模块应用模糊逻辑算法以响应于被接收回波计算被接收回波的起源的置信水平；其中被接收回波从起源被反射或被散射。

阶段140可以包括阶段141、145和146。阶段141之后是阶段145，阶段145之后是阶段146。

阶段141可以包括应用模糊逻辑算法来计算被接收回波的属性。阶段141可以包括计算本说明书中提到的任何属性和/或其他属性。阶段141被示出为包括：(a)阶段144，应用模糊逻辑算法计算被接收回波的SNR属性；(b)阶段142，应用模糊逻辑算法计算被接收回波CFAR属性；和/或(c)阶段143，应用模糊逻辑算法计算被接收回波的物理限制(如包括在仓中)属性。

阶段145包括响应于被接收回波的属性计算被接收回波的置信水平。

阶段146可以包括响应于另一个被接收回波的属性来更新被接收回波的置信水平。阶段146被示出为包括：(a)阶段147，对在被接收回波的起源和另一回波的起源之间形成的角度应用模糊逻辑算法来更新置信水平；和(b)阶段148，对在被接收回波的强度和另一被接收回波的强度之间的比率应用模糊逻辑算法来更新置信水平。

阶段140之后可以是阶段111，其由体积计算器响应于(a)起源的估计位置，和(b)起源的置信水平来计算内容物的体积。

阶段111可以包括阶段150、160、180和190。阶段170之后可以是阶段111。

阶段150可包括比较被接收回波与参考回波。参考回波可以存储在如数据库310的数据结构中。

阶段150之后可以是响应比较结果的阶段160。这可包括将参考回波添加到数据库，更新参考回波的属性，从数据库中删除参考回波。

阶段160可包括：

a.响应于比较结果中的一个比较结果更新参考回波的至少一个属性。

b.如果比较结果表明，参考回波的信噪比低于对应于参考回波的被接收回波的噪声比，确定更新参考回波的至少一个属性。

c.从参考回波的数据库删除与起源相关的参考回波，该起源在多个发射和接收周期不反射或散射被接收回波。

d.如果在多个发射和接收周期期间，噪声水平便利来自起源的被接收回波的接收，则删除参考回波。

图4示出阶段150包括阶段151和152，及示出阶段160包括阶段161、162和163。

阶段151包括：检查被接收回波是否有对应的参考回波。

如果答案是肯定的(Y)，那么阶段151之后是阶段161，其比较被接收回波和对应的参考回波的属性，基于比较，确定是否更新参考回波特性，及更新参考回波特性(如果确定这样做)。

如果答案是否定的(N)，那么阶段151之后是阶段162，其将被接收回波添加到参考回波数据库。

阶段152可以包括确定参考回波是否具有对应的被接收回波。如果答案是否定的，那么阶段152之后可以是阶段163，其响应于缺乏对应的回波、接收历史(以前的对应的被接收的回波的接收的缺乏的接收)和估计接收对应的被接收回波的能力，确定是否从参考回波数据库中删除参考回波。

本发明也可用在计算机系统上运行的计算机程序实现，其至少包括用于当在如计算机系统的可编程装置上运行时，执行根据本发明的方法步骤的代码部分，或使可编程装置能够执行根据本发明的设备或系统的功能。

计算机程序是如特定的应用程序和/或操作系统的指令列表。计算机程序可例如包括下列中的一个或多个：子程序、函数、程序、对象方法、对象实现、可执行的应用程序、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库、和/或被设计为用于在计算机系统上执行的其他的指令序列。

计算机程序可以内部存储在非暂时性的计算机可读介质上。全部或部分的计算机程序可以永久地、可移除地提供在计算机可读介质上或远程耦合到信息处理系统。计算机可读介质可以包括，例如但不限于，任何数量的下列项：磁性存储介质，包括磁盘和磁带存储介质；光存储介质，如压缩盘介质(例如，CD-ROM、CD-R等)和数字视频磁盘存储介质；非易失性存储介质，包括基于半导体的存储单元，如闪存、EEPROM、EPROM、ROM；铁磁的数字存储器；MRAM；易失性存储介质，包括寄存器、缓存器或高速缓存、主存储器、RAM等。

计算机过程通常包括执行(运行)程序或程序的一部分，当前的程序值和状态信息，及由操作系统用于管理过程的执行的资源。操作系统(OS)是管理计算机的资源共享及为程序员提供用于访问那些资源接口的软件。操作系统处理系统数据和用户的输入，并通过将任务和内部系统资源作为服务分配给系统的用户和程序并进行管理来做出响应。

计算机系统可以例如包括至少一个处理单元、相关的存储器和大量的输入/输出(I/O)设备。在执行计算机程序时，计算机系统根据计算机程序处理信息并通过I/O设备产生结果的输出信息。

在前述说明中，本发明已参考本发明的实施例的具体实例进行了描述。但是，将明显的是，各种修改和变化可以在不脱离由附属权利要求提出的本发明的更广泛的精神和范围下做出。

此外，在说明书和权利要求书中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”，“上方”、“下方”等，如果有的话，是用于描述的目的且不一定用于描述永久的相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，使得本文描述的本发明的实施例例如能够在与本文示出的那些或以其他方式描述的不同的其它方向操作。

本领域技术人员将认识到逻辑块之间的界限只是说明性的且替代实施例可以合并逻辑块或电路元件或将功能的替代分解叠加在各种逻辑块或电路元件上。因此，应理解，本文描述的架构只是示例性的，而事实上实现相同的功能的许多其他结构可以实现。

实现相同的功能的组件的任何布置被有效地“关联”，使得实现预期的功能。因此，在此相结合以实现特定的功能的任何两个组件可以被看作彼此“相关”，使得实现预期的功能，而不考虑架构或中间组件。同样，如此相关联的任何两个组件也可以被看作是彼此“可操作地连接”、或“可操作地耦合”以实现预期的功能。

此外，本领域技术人员将认识到，上文描述的操作之间的界限仅仅是说明性的。多个操作可以组合成单一的操作，单一的操作可分布在另外的操作中且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。此外，替代的实施方案可以包括特定操作的多个实例，且操作的顺序可在各种其他实施方式中改变。

例如，在一个实施例中，所示的例子可被实现为位于单一的集成电路上或同一装置中的电路。另外，实例可以实现为以合适的方式相互连接的任意数量的单独的集成电路或单独的设备。

例如，实例或它的一部分，可以实现为如用任何适当类型的硬件描述语言编写的，物理电路或可转换成物理电路的逻辑表示的软件或代码表示。

而且，本发明并不限于用非可编程硬件实现的物理设备或单元，但也可以应用在能够通过根据适当的程序代码进行操作来执行所需的设备功能的可编程设备或单元中，如大型机、小型机、服务器、工作站、个人计算机、笔记本计算机、个人数字助理、电子游戏、汽车和其他嵌入式系统、手机和各种其他无线设备，在该申请中共同表示为‘计算机系统’。

然而，其他的修改、变化和替换也是可能的。因此，说明书和附图应被视为说明性而非限制性的。

在权利要求中，置于括号内的任何参考符号不应解释为对权利要求的限制。词语“包括(comprising)”不排除与权利要求中列出的那些元素或步骤不同的其他元素或步骤的存在。此外，本文使用的“一(a)”或“一(an)”被定义为一个或多个。同时，在权利要求中使用的诸如“至少一个(at least one)”和“一个或多个(one or more)”的引导性短语不应被解释为暗示由不定冠词“一(a)”或“一(an)”引导的另一权利要求元素将包含这样被引导的权利要求元素的任何特定的权利要求限制到只包含一个这样的元素的发明，即使在相同的权利要求包括引导性短语“一个或多个”或“至少一个”和如“一(a)”或“一(an)”的不定冠词时。这同样适用于定冠词的使用。除非另有说明，诸如“第一”和“第二”的术语用于在这样的术语描述的元素之间任意区分。因此，这些术语不一定表明这些元素的时间优先级或其他优先级。

某些措施在相互不同的权利要求中陈述的纯事实并不表明这些措施的组合不能被利用。

在本专利申请中涉及的任何系统、装置或设备包括至少一个硬件组件。

虽然本文已经示出和描述了本发明的某些特征，对于本领域技术人员而言，现在将容易想到许多修改、替换、改变和等效物。因此，可以理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真正精神内的所有这些修改和改变。

Claims (30)

1.一种用于估计仓的内容物的体积的系统，所述系统包括：

模糊逻辑模块，所述模糊逻辑模块被布置为响应于由接收机接收到的被接收回波，应用模糊逻辑算法以计算被接收回波的起源的置信水平；其中所述被接收回波被从所述起源反射或散射；其中，被接收回波的起源是所述接收机估计的所述仓的内容物的上表面的位置，其将回波反射或散射向所述接收机；及

体积计算器，所述体积计算器被布置为响应于(a)所述起源的估计位置和(b)所述起源的置信水平以及(c)所述仓的截面面积，计算所述内容物的体积。

2.根据权利要求1所述的系统，包括所述接收机，其中所述接收机被布置为检测所述被接收回波的峰值，并计算所述峰值的到达时间和所述被接收回波的到达方向。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收机被布置为计算被接收回波的参数；且其中所述模糊逻辑模块被布置为通过对所述被接收回波的参数应用模糊逻辑算法来计算被接收回波属性。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模糊逻辑模块被布置为计算至少一个被接收回波属性，其中，所述至少一个被接收回波属性选自信噪比属性和恒虚警阈值属性。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模糊逻辑模块被布置为应用非线性的模糊逻辑算法。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模糊逻辑模块被布置为应用线性的模糊逻辑算法。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为保持参考回波的数据库和比较被接收回波与参考回波以提供比较结果。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为响应所述比较结果中的比较结果来更新参考回波的至少一个属性。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为：如果所述比较结果表明所述参考回波的信噪比低于对应于所述参考回波的被接收回波的信噪比，则确定更新所述参考回波的至少一个属性。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为：从所述参考回波的数据库删除与在多个发射和接收周期期间不反射或散射被接收回波的起源相关的参考回波。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为：当在所述多个发射和接收周期期间仅接收到来自所述起源的预期被接收回波的子集时，从所述参考回波的数据库删除所述参考回波。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为检测假回波。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为基于另一被接收回波的属性来改变被接收回波的属性。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体积计算器被布置为：如果在所述被接收回波的起源和另一被接收回波的起源之间形成的虚拟斜率超过所述内容物的最大可允许斜率，则将被接收回波归类为假回波。

15.一种用于估计仓的内容物的体积的计算机化的方法，包括：

计算由接收机接收到的被接收回波的被接收回波参数；

响应于所述被接收回波，由模糊逻辑模块应用模糊逻辑算法以计算被接收回波的起源的置信水平；其中所述被接收回波被从所述起源反射或散射；其中，被接收回波的起源是所述接收机估计的所述仓的内容物的上表面的位置，其将回波反射或散射向所述接收机；及

响应于(a)所述起源的估计位置和(b)所述起源的置信水平以及(c)所述仓的截面面积，由体积计算器计算所述内容物的体积。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述被接收回波参数包括检测所述被接收回波的峰值，和计算所述峰值的到达时间和所述被接收回波的到达方向。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述置信水平包括通过对所述被接收回波参数应用模糊逻辑算法来计算被接收回波的属性。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述置信水平包括计算至少一个被接收回波属性，其中，所述至少一个被接收回波属性选自信噪比属性和恒虚警阈值属性。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，应用所述模糊逻辑算法包括应用非线性的模糊逻辑算法。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述内容物的体积包括当回波的起源在一个视角被验证但在其他视角没有被验证时，将该回波看作假回波。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述内容物的体积包括保持参考回波的数据库和比较被接收回波与参考回波以提供比较结果。

22.根据权利要求21所述的方法，包括响应于所述比较结果中的比较结果来更新参考回波的至少一个属性。

23.根据权利要求22所述的方法，包括如果所述比较结果表明所述参考回波的信噪比低于对应于所述参考回波的被接收回波的信噪比，则确定更新所述参考回波的至少一个属性。

24.根据权利要求21所述的方法，包括从所述参考回波的数据库删除与在多个发射和接收周期期间不反射或散射被接收回波的起源相关的参考回波。

25.根据权利要求24所述的方法，包括当在所述多个发射和接收周期期间仅接收到来自所述起源的预期被接收回波的子集时，从所述参考回波的数据库删除所述参考回波。

26.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述内容物的体积包括检测假回波。

27.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述置信水平包括基于另一被接收回波的属性来改变被接收回波的属性。

28.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述内容物的体积包括如果在所述被接收回波的起源和另一被接收回波的起源之间形成的虚拟斜率超过所述内容物的最大可允许斜率，则将被接收回波归类为假回波。

29.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述置信水平还包括检测位于筒仓外部的被接收回波的错误的起源和减少与所述错误的起源有关的被接收回波的置信水平。

30.一种非暂时性的计算机可读介质，其存储有使计算机化系统执行以下操作的指令：

响应于由接收机接收到的被接收回波，应用模糊逻辑算法以计算被接收回波的起源的置信水平；其中所述被接收回波被从所述起源反射或散射；其中，被接收回波的起源是所述接收机估计的仓的内容物的上表面的位置，其将回波反射或散射向所述接收机；及

响应于(a)所述起源的估计位置和(b)所述起源的置信水平以及(c)所述仓的截面面积，计算所述仓的内容物的体积。

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