CN106482807A - 包括干扰信号检测的物位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种选择性地采用用于检测接收信号是否包括干扰信号的干扰信号检测模式和用于测量物位的物位测量模式的物位测量装置。传输信号在干扰信号检测模式中比在物位测量模式中具有显著更低的强度。因此，能够识别出干扰发射机，并通过切换通道将其调出。

Description

包括干扰信号检测的物位测量装置

技术领域

本发明涉及物位测量。本发明尤其涉及一种具有干扰信号检测模式的物位测量装置、一种防止物位雷达受干扰影响的方法、一种程序单元以及一种计算机可读介质。

背景技术

物位测量装置以及特别是物位雷达装置朝向填充材料表面发射传输信号，且填充材料表面反射所述信号。接着，可以通过物位测量装置评估由填充材料表面反射的传输信号(在下文中被称为接收信号)。作为该评估的一部分，可以根据接收信号中包含的物位回波来确定物位，其中该回波是被填充材料表面反射的传输信号的信号分量。

取决于所发射的传输信号的强度、填充材料表面的属性以及诸如干扰信号的存在等额外因素，测量准确度可能会受到不利影响。

可以通过适当地设计接收天线和与信号生成和信号处理相关的电子系统并且设置用于防止干扰信号到达接收天线的屏蔽来弥补这些会消除测量准确度的影响。

这些措施有时很复杂，并且并不总能带来期望的结果。

发明内容

本发明的目的在于增加物位测量装置的测量准确度和测量可靠性。

上述目的是通过独立权利要求的主题实现的。从属权利要求和下面的说明给出了本发明的进一步实施。

本发明的第一方面涉及一种物位测量装置，特别地涉及一种物位雷达测量装置，所述物位雷达测量装置包括传输支路和接收支路。传输支路用于生成并朝向填充材料表面发射传输信号。为了发射传输信号，传输支路可以包括朝向填充材料表面辐射传输信号的天线。接收支路用于接收并随后评估被反射的传输信号(即，接收信号)。

物位测量装置被设计成选择性地采用干扰信号检测模式和物位测量模式。在干扰信号检测模式中，物位测量装置可以检测接收信号是否包括干扰信号。在该模式下，不对物位进行测量。测量装置可以在物位测量模式中对物位进行测量。在此情况下，在干扰信号检测模式中发射的传输信号比在物位测量模式中发射的传输信号具有更低的强度。

换言之，当装置从物位测量模式切换至干扰信号检测模式时，传输信号的强度减小(反之亦然)。

例如，在干扰信号检测模式中，传输信号的强度为零。因此，在此情况下，例如通过断开传输支路使传输信号在干扰信号检测模式中失效。

如果现在在干扰信号检测模式中检测到干扰信号，则在计算物位时可将所述信号考虑在内。替代地或另外地，当物位测量装置在干扰信号检测模式中检测到干扰信号时，在物位测量模式中，所述装置可以分别改变传输信号的传输通道和接收信号的接收通道。这可以防止干扰信号对物位测量造成影响。

例如，设置有可变滤波器，该可变滤波器布置在物位测量装置的接收支路中，并适于当前使用的传输通道和接收通道。

也可以设置有可变衰减器，该可变衰减器布置在传输支路中，并为了采用干扰信号检测模式而增加传输信号的衰减。

也能够在传输支路中布置升压器或放大器，该升压器或放大器为了采用干扰信号检测模式而被失效，使得传输信号的强度显著地降低，甚至达到零。

如果强度达到零，则在干扰信号检测模式中，仅来自外部干扰源的干扰信号依然会被检测到。这些外部干扰源是以相同频段进行广播的装置，例如，其它物位测量装置。

通过改变传输通道和接收通道，可以减少甚至完全消除该干扰。因此，增加了物位测量的品质。

根据本发明的另一个实施例，物位测量装置被设计成在干扰信号检测模式和物位测量模式之间进行周期性地切换。因此，所述装置会定期地检测接收信号是否包括干扰信号。如果包括干扰信号，则能够自动地改变传输通道和接收通道。

根据本发明的另一个实施例，物位测量装置包括为了采用干扰信号检测模式而断开传输支路的开关。这是从物位测量模式切换至干扰信号检测模式的有效装置，这是因为开关仅需要波动，并且无需对电子系统进行其它改变。

也能够提供上述措施的组合，例如同时设置可变滤波器和可变衰减器或可变滤波器和升压器。

根据本发明的另一个实施例，物位测量装置包括数据存储器，以用于存储不包括干扰信号分量的基准回波曲线。物位测量装置被设计成将在干扰信号检测模式中检测的接收信号与基准回波曲线进行比较，以判定接收信号是否包括干扰信号。

本发明的另一个方面涉及一种防止物位雷达受来自其它装置的干扰影响的方法。首先，生成并将传输信号朝向填充材料表面发射。通过填充材料表面对该信号进行反射，并且通过物位雷达接收并评估相应的接收信号。物位雷达首先采用干扰信号检测模式，以检测接收信号是否包括干扰信号。在这种情况下，传输信号在干扰信号检测模式中的强度低于其在物位测量模式中的强度。如果检测到干扰信号，物位测量装置会改变传输通道和接收通道并检测在重新选择的通道中是否存在任何干扰。如果重新选择的通道没有干扰，则物位测量装置切换至物位测量模式，以对物位进行测量。如已经提到的，传输信号在物位测量模式中的强度高于其在干扰信号检测模式中的强度。

本发明的另一个方面提供了一种程序单元，当在物位测量装置的处理器中被执行时，该程序单元指示物位测量装置执行以上和以下说明的方法步骤。

本发明的另一个方面涉及一种在存储有上述程序单元的计算机可读介质。

下面将参照附图对本发明的实施例进行说明。当在以下说明和附图中使用相同的参考标记时，它们标示相同或相似元件。然而，也可以使用不同的参考标记来标示相同或相似元件。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的物位测量装置的传输支路和接收支路。

图2a示出具有叠加干扰的物位测量模式中的回波曲线和没有叠加干扰的物位测量模式中的回波曲线。

图2b示出具有叠加干扰的干扰信号检测模式中的回波曲线和没有叠加干扰的干扰信号检测模式中的回波曲线。

图3是根据本发明的实施例的FMCW雷达传感器的高频部的简化框图。

图4是根据本发明的另一个实施例的FMCW雷达传感器的高频部的简化框图。

图5是根据本发明的另一个实施例的用于物位测量的脉冲式雷达的高频部的简化框图。

具体实施方式

图1是物位雷达的高频部的简化框图。随着在过去几年中无线应用(出于自身的目的，例如出于通信或诸如距离测量等其它目的，这些应用使用频谱的一部分)的数量迅速增加，这些装置彼此影响的可能性也增加。由于只有那么多的可用频段，因此越来越多的设备必须共享可用的频谱。

因此，将例如76至77GHz的频率范围指定给机动车辆行业中的应用。例如，用于距离警告或者作为自适应速度控制系统(自适应巡航控制(ACC：adaptive cruise control))的一部分的机动车辆雷达传感器使用该频率范围。该频率范围与用于户外物位测量的75至85GHz的频率范围重叠。非常期望这两种系统在相同频段中共存而不彼此影响。

另外，期望能够在小空间中使用多个用于测量物位的雷达传感器，且这些传感器以相同频段进行广播而不会受相邻装置的雷达信号的影响。特别地，在相同容器中的多个雷达传感器的情况下，必须预期到这些装置会进行彼此干扰。

下面将对如下内容进行说明：能够识别出用于物位测量的雷达传感器受到来自使用相同频段的其它发射机的信号影响的方式，以及如何采取适当的措施以便首先使这些系统能够共存并其次尽可能地确保物位传感器的无干扰操作。

为了使用于物位测量的雷达传感器对来自以相同频段广播的其它装置的干扰具有更强的鲁棒性，提出了如下的方法和电路布置，并且图1的框图示出它们的基本原理。

传输振荡器101生成传输信号，该传输信号经由双工器102到达天线103，并朝向填充材料发射。下面，也将物位测量装置的上述部分称为传输支路107。

可变衰减器110可布置在传输支路107中，并为了采用干扰信号检测模式而增加传输信号的衰减，使得与在物位测量模式中相比，传输信号的强度低。

被填充材料表面111反射的信号返回至天线103，并由此经由双工器102接收并到达接收支路104。所接收的雷达信号在接收混频器105中被向下混频(downmixed)成低频信号。

最后，在与接收混频器105连接的信号处理部件106中，被向下混频的接收信号被放大、滤波和数字化，并且生成回波曲线并对其进行评估。可变滤波器109可设置在双工器102和混频器105之间，并适于当前使用的传输通道和接收通道。滤波器109也可布置在双工器102和天线103之间。为了增加所提供的通道之间的选择性，优选地，滤波发生在混频器105中的混频之前。

然而，来自其它装置的不期望信号也可通过天线103接收并处理，并且可在接收支路104中引起干扰。通常，源于其它使用者的不期望的接收信号会对物位传感器的回波曲线造成影响，其中该曲线是在信号处理部件106中进行准备和评估的。

信号处理部件106可以连接至存储元件108，例如，在该存储元件中存储有可以被信号处理部件存取的基准回波曲线。

通常，能够对如下两种情况进行区分。一方面，不期望的接收信号可提高回波曲线中的噪声水平。在多种情况下可以看到这个效果。另一方面，来自其它使用者的接收信号能够在回波曲线中引起与待测量的物位不相关的不期望的回波。

增加的噪声水平导致雷达传感器的灵敏度降低，并且例如，不期望的回波可导致错误的回波判断，并因此导致输出错误的测量值。在操作期间，不能够可靠地识别出回波曲线中的这些异常。频谱中除了来自其它使用者的干扰信号之外，其它因素也可导致噪声水平的增加。在回波曲线中存在数个回波(例如，来自容器夹具的杂散(spurious)回波或容器中的多个回波)的情况下，通常也不能可靠地识别噪声水平的增加。

为了能够可靠地识别频段中的来自其它使用者的不期望的接收信号，切断图1中的传输支路107，并仅使接收支路104进行操作。如果传输支路107被切断，则雷达信号不再发送雷达信号。因此，能够监测所使用的通道，而得到不会叠加有(来自其自身装置的)物位回波的回波曲线。在这种情况下，应当停止信号处理部件106中所有平均化动作。特别地，回波曲线的平均化处理能够阻止只是偶尔或很少出现的干扰的可靠检测。

如果在这样得到的回波曲线中观察到异常，则可以将它们归因于来自其它使用者的接收信号。如果回波曲线中的干扰过强，即例如与无干扰回波曲线相比，噪声水平的增加过大，则能够首先在接收支路中切换至另一个通道。这同样适用于回波曲线中的不期望的回波。例如，在物位传感器的制造期间，在制造工厂中测量无干扰回波曲线，并将其存储在传感器的存储器中。

图2A基于示例示出干扰信号对用于测量物位的雷达传感器的回波曲线的影响。曲线201是具有距测量装置约20m的物位回波203的无干扰回波曲线。当传感器在所使用的通道中受外部干扰信号影响时，根据曲线201得到回波曲线202。在这种情况下，能够清晰地识别出曲线噪声水平在整个测量范围上增加了约10分贝。类似地，保留的物位回波203的信噪比也会降低。在本示例中，依然很容易使用曲线202对物位进行测量。然而，在不利的物位测量条件下，由干扰引起的噪声水平的增加可能掩盖(mask)保留的物位回波203。于是，传感器将不再能够测量准确的物位。

图2B示出存储在物位传感器的存储器108中的无干扰回波曲线204，并且该无干扰回波曲线是在使传输支路失效且无干扰信号时记录的。当切断传输支路并且在所监测的通道中再次存在外部提供的干扰信号时，得到回波曲线205。然而，通过使用所存储的无干扰曲线204来处理该信号，可以容易地识别出在曲线205中清晰可见的噪声的增加。

例如，在实际物位测量之前，可以首先检测整个可用频谱的当前可用性，即，检测所有的可用传输/接收通道，或者仅检测各独立通道或频谱的各部分。如果发现无干扰的通道，则接通传输支路107，并能够开始实际物位测量。为了增加各独立通道之间的选择性，可以将适当滤波器109插入至双工器102和接收混频器105之间的连接中，或者插入至双工器102和天线103之间的连接中，其中该滤波器适于在各情况下所使用的通道。

在物位测量期间，也可以周期地检测所使用的通道的可用性。为此目的，通过再次切断传输支路107而短暂地中断物位测量。如果在得到的回波曲线中未观察到异常，则重新接通传输支路107，并继续物位测量。如果在回波曲线中观察到干扰，则例如能够切换至另一个无干扰的传输通道和接收通道。

由使用雷达来测量物位的监管部门指定的频率范围通常大到足以被划分成多个可用通道。在彼此相邻区域处同时操作的雷达装置可以利用这点，以在出现干扰时通过选取不同通道来测量物位。

相邻的雷达装置可以互相通信并互相通知它们打算使用的通道，使得即使在测量开始之前，也可以选取相邻装置不会使用的通道，从而使干扰最小化。

因此，可以降低干扰信号测量的数量(在每个干扰信号测量之后接着是至另一个通道的切换)，这是因为特定装置不会首先选取实际上已经被相邻装置占用的通道。

本发明的基本考量是使用用于测量物位的雷达装置来监测频谱受到该频谱的其它使用者可能造成的干扰。通过切断传输支路或在物位雷达(干扰信号检测模式)中向下调节(down-regulating)传输信号，并通过随后在回波曲线上评估可能的不规则行为(例如，噪声水平的增加或干扰回波的出现等)来执行监测。

可以使用不同的雷达方法来测量物位。一方面，脉冲式雷达方法是已知的，其中，发送短雷达脉冲，并以连续抽样的方法在接收混频器中再次对其进行抽样。另一方面，频率调制连续波(FMCW)雷达可以用于测量物位。然而，这里所述的用于防止频谱中的来自其它使用者的干扰的方法并不局限于具体的雷达方法或具体类型的调制。相反，这里所述的方法可以使用用于测量物位的所有的雷达方法和所有类型的调制。

图3是FMCW雷达传感器的高频部的简化框图。压控振荡器(VCO)301生成调频信号(例如，具有起始频率f₁和结束频率f₂的线性频率斜坡)，在功率分配器302中将该信号分成用于混频器303的本地振荡器(LO)信号和经由升压器304和环行器(circulator)305到达天线306并在此发射的传输信号。

被填充材料反射的信号返回至天线306，由此被环行器305接收并传递至混频器303。借助LO信号，在混频器303中将接收信号向下混频成低频信号，从而能够进行额外的处理。为了监测旨在用于物位测量的传输/接收通道，例如，在图3的电路中，可以切断升压器304。例如，这可以通过将升压器从供电电压U_b断开来实现。如果升压器304没有使用供电电压，则所述部件会以相当大的程度使所施加的输入信号衰减。因此，没有传输信号会到达天线，或者仅那些被显著减弱的传输信号会到达天线。因此，优选地，将信号衰减至至少以下程度：在被填充材料表面反射之后，回波在接收支路的背景噪声中变得不易察觉。因此，能够进行所使用的通道的无干扰监测。

然而，通过切断升压器304，用于混频器303的LO信号不会发生任何改变，因此，能够监测到由频率斜坡的频率f₁和f₂限定的通道。在该过程中，如果现在在回波曲线中检测到干扰，例如，由噪声水平的增加造成的干扰，则可以选择新的通道。这可以通过重新选择用于测量物位的频率斜坡的开始频率和结束频率来实现。

优选地，重新选择的通道和原本中断的通道不重叠。如果发现无干扰通道，则重新接通升压器304的供电电压U_b，并且开始或继续物位测量。通常，由于VCO通常受控于锁相环，因此在FMCW雷达中，能够非常容易地实现频率斜坡的开始频率f₁和结束频率f₂的自由选择。因此，f₁和f₂的选择可以归因于锁相环(PLL)部件的编程，并且通常能够在实际物位测量之前并在雷达传感器的操作期间进行。

为了增加各独立通道之间的选择性，可以将滤波器插入至环行器305和混频器303之间的连接中，或者插入至环行器305和天线306之间的连接中，该滤波器适于在各情况下所使用的通道。

作为升压器304的代替或增加，例如，可以在相同点处(或者在所述点之前/之后)使用可变衰减器。当监测所期望的通道时，借助衰减器，可以将非常大的衰减接线(wired)至传输支路，使得没有传输信号到达天线，或者仅那些被显著减弱的信号到达天线。如果发现无干扰通道，则在此移除传输支路中的高衰减，并继续物位测量。

图4示出FMCW雷达传感器的另一个实施例。在此情况下，借助开关401切断传输支路。开关401具有两个位置，并且可以被例如电压U_b控制。开关的一个位置使开关的输入信号被传递至环行器403，并接着被传递至天线404，如图4所示。

为了监测通道，将开关401拨动成使该开关的输入信号被传递至无反射终端电阻器402。因此，优选地，在此情况下，使传输信号也减弱至以下程度：在被填充材料表面反射之后，回波在接收支路的背景噪声中变得不易察觉。如果发现无干扰通道，再次拨动开关，使得传输信号能够返回至天线，并且可以继续物位测量。

图5是用于测量物位的脉冲式雷达的高频部的简化框图。脉冲振荡器501生成短雷达脉冲，该短雷达脉冲经由升压器504和环行器506到达天线507并在此发射。被填充材料反射的信号返回至天线507，被接收，并经由环行器506被传递至抽样混频器508。在脉冲振荡器502中生成抽样脉冲，并且抽样脉冲经由升压器505到达混频器508。这里，借助抽样脉冲，将被施加至混频器508的接收信号通过顺序抽样转换成低频信号。在同步电路503中，使两个脉冲振荡器501和502同步。

图5中的电路具有单独的传输振荡器501。例如，通过断开其供电电压U_b来切断振荡器501，能够以非常简单的方式使传输信号失效。因此，进而能够进行所使用的通道的无干扰监测。最后，通过修改在可用频段中使用的雷达脉冲的中心频率，能够改变通道。为了增加各独立通道之间的选择性，在此情况下，也可以将滤波器插入至环行器506和抽样混频器508之间的连接中，或者插入至环行器506和天线507之间的连接中，其中相应地，该滤波器也适于在各情况下所使用的通道。

即使在现代的安装在单个芯片上作为单片微波集成电路圈(MMIC)的集成雷达收发器中，也可以根据需要切断传输支路。因此，能够针对这些部件中的不期望的干扰来监测通道。

为了完整起见，应当理解的是，“包括”和“具有”并不排除其它元件或步骤的可能性，并且“一”或“一个”并不排除多个的可能性。应当指出，参照以上实施例中一者说明的特征或步骤也可以与上述其它实施例的特征或步骤组合使用。权利要求中的参考标记不应当被视为具有限制性。

Claims (12)

1.一种物位测量装置，其包括：

传输支路(107)，其用于生成并朝向填充材料表面发射传输信号；及

接收支路(104)，其用于接收并评估接收信号，

其中，所述物位测量装置被构造成选择性地采用用于检测所述接收信号是否包括干扰信号的干扰信号检测模式和用于测量物位的物位测量模式，并且

其中，所述传输信号在所述干扰信号检测模式中比在所述物位测量模式中具有更低的强度。

2.根据权利要求1所述的物位测量装置，

其中，在所述干扰信号检测模式中，使所述传输信号失效。

3.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量装置，

当所述物位测量装置在所述干扰信号检测模式中检测到干扰信号时，所述物位测量装置被构造成改变传输通道和接收通道。

4.根据权利要求3所述的物位测量装置，其还包括：

可变滤波器(109)，其布置在所述接收支路(104)中，并适于当前使用的传输通道或接收通道。

5.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量装置，其还包括：

可变衰减器(110)，其布置在所述传输支路(107)中，并为了采用所述干扰信号检测模式而增加所述传输信号的衰减。

6.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量装置，其还包括：

放大器(304)，其布置在所述传输支路(107)中，并为了采用所述干扰信号检测模式而被失效。

7.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量装置，

所述物位测量装置被构造成在所述干扰信号检测模式与所述物位测量模式之间周期性地切换。

8.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量装置，其还包括：

开关(401)，其为了采用所述干扰信号检测模式而断开所述传输支路。

9.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量装置，其还包括：

数据存储器(108)，在所述数据存储器中存储有基准回波曲线，

其中，所述物位测量装置被构造成将在所述干扰信号检测模式中检测的所述接收信号与所述基准回波曲线进行比较，以判定所述接收信号是否包括干扰信号。

10.一种防止物位雷达受来自其它装置的干扰影响的方法，其包括以下步骤：

生成传输信号，并将所述传输信号朝向填充材料表面发射；

接收并评估接收信号；以及

选择性地采用用于检测所述接收信号是否包括干扰信号的干扰信号检测模式和用于测量所述物位的物位测量模式，

其中，所述传输信号在所述干扰信号检测模式中比在所述物位测量模式中具有更低的强度。

11.一种程序单元，当在物位测量装置的处理器中被执行时，所述程序单元指示所述物位测量装置执行以下步骤：

生成并朝向填充材料表面发射传输信号；

接收并评估接收信号；以及

选择性地采用用于检测所述接收信号是否包括干扰信号的干扰信号检测模式和用于测量所述物位的物位测量模式，

其中，所述传输信号在所述干扰信号检测模式中比在所述物位测量模式中具有更低的强度。

12.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有根据权利要求11所述的程序单元。