KR20150119623A - Method for oil level changing tracking and detailed dectection using radar sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Microwave 주파수를 사용하는 레이더 센서를 이용하여 탱크내의 유류 레벨을 측정하는 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for tracking and detecting oil level change using a radar sensor for measuring a level of oil in a tank using a microwave frequency radar sensor, And a detection method.
또한 레이더로 유류의 레벨 측정 시, 레벨 변화 값을 추적(Tracking) 하여 잡음, Multipath, 탱크 내부 구조물에 반사되는 신호 등을 제거하여 탐지 오차를 감소시키고 정밀한 레벨을 측정 할 수 있는 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법에 관한 것이다.
In addition, when the level of the oil is measured by the radar, the level change value is tracked to remove the noise, multipath, and signals reflected from the tank internal structure, thereby reducing the detection error and measuring the level of the oil. Level change tracking and precision detection methods.
기존 비 접촉식 레이더 레벨 측정기는 5 ~ 10 GHz 주파수 사용한다. 현재 FMCW 형태의 레이더 시스템을 적용하여 탱크 유류 측정용으로 사용하고 있다. 비 접촉식 레이더 센서를 적용하는 경우, 설치될 탱크의 내부 구조를 고려하여 설치해야 하는 단점 존재한다.The existing non-contact radar level meter uses 5 to 10 GHz frequency. Currently, FMCW type radar system is used to measure tank oil flow. In the case of applying the non-contact type radar sensor, there is a disadvantage that the internal structure of the tank to be installed must be taken into consideration.
내부 구조물에 의해 레이더 전파의 반사파 특성이 달라지고 각종 Multipath 영향 때문에 레벨 측정 오차가 발생한다. 또한 측정하려는 유류의 유전율을 고려하여 레이더 반사파가 충분한 Reflection 신호를 얻을 수 있는지 판단해야 하며 유체 표면의 파동, 거품 등에 의한 전파 산란으로 인한 수신감도 저하 문제도 고려하여야 한다.The internal structure changes the reflected wave characteristics of the radar wave and the level measurement error occurs due to various multipath effects. Also, considering the permittivity of the oil to be measured, it is necessary to judge whether the radar reflected wave can obtain a sufficient reflection signal, and the sensitivity of reception due to propagation scattering due to the wave surface and bubble of the fluid surface should be considered.
이러한 비 접촉식 레이더 센서의 단점을 보완하기 위해 접촉식 레이더 센서인 (GWR) Guided Wave Radar를 적용하여 현재 사용된다. 그러나 GWR의 경우, 레이더 전파를 전달하는 별도의 RF Cable, 도파관, Prob 등을 이용하여 유류에 직접 접촉하여 사용하므로 부식, 오염 등에 의한 레벨 오차 발생과 유지비용이 많이 발생하는 문제점 존재한다.
In order to overcome the disadvantages of such non-contact radar sensors, they are currently used by applying Guided Wave Radar (GWR) as a contact type radar sensor. However, in the case of GWR, there is a problem that a level error due to corrosion, pollution, etc. is generated and a maintenance cost is generated because a RF cable, a waveguide, and a probe that transmit a radar wave are used to directly contact the oil.
따라서, 본 발명의 목적은 본 발명의 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법은 유류 탱크 내부 구조에 상관없이 레이더 레벨 측정기 사용이 가능한 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법을 제공함에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a method for tracking and detecting a change in a level of a fuel level using a radar sensor capable of using a radar level measuring device regardless of the internal structure of the oil tank, .
또한 본 발명의 목적은 잡음과 Multipath에 의해 발생하는 Ghost Target 성분을 제거할 수 있어 유류 레벨 오차를 감소, 이로 인해 레벨 측정 정확도 향상할 수 있는 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법을 제공함에 있다.
Also, it is an object of the present invention to provide a method for tracking a fuel level change and a method for accurately detecting a fuel level using a radar sensor capable of removing a ghost target component generated by noise and multipath, thereby reducing oil level error and thereby improving level measurement accuracy. .
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법에 있어서, 연속적인 레벨 측정값을 이용하여 유류 레벨 변화시 데이터 추적을 수행하여 상기 레벨 변화로 인한 잡음 및 Multipath 신호를 제거하는 과정과, 기존 레벨 값의 변화량을 예측하여 새로운 측정값과 비교하여 상기 레벨값 변동에 대한 추적을 사용하는 과정과, 기존 데이터와 신규 데이터의 유사성(레벨 높이 및 크기)비교하여 신규 측정 데이터 갱신하는 과정을 포함한다.
In order to accomplish the above objects, the present invention provides a method for tracking and detecting an oil level change using a radar sensor, the method comprising: performing data tracking at a change in a fuel level using a continuous level measurement value, A step of estimating a change amount of an existing level value and using a trace of the level value variation by comparing with a new measured value and comparing the similarity (level height and size) of the existing data with the new data, And updating the measurement data.
본 발명의 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법은 유류 탱크 내부 구조에 상관없이 레이더 레벨 측정기 사용이 가능하다.The oil level change tracking and precision detection method using the radar sensor of the present invention can use a radar level measuring device regardless of the internal structure of the oil tank.
또한 잡음과 Multipath에 의해 발생하는 Ghost Target 성분을 제거할 수 있어 유류 레벨 오차를 감소, 이로 인해 레벨 측정 정확도 향상할 수 있다.In addition, it is possible to remove the Ghost Target component caused by noise and multipath, thereby reducing the oil level error, thereby improving the level measurement accuracy.
그리고, 탱크내부에 있는 유류의 변화량은 높낮이만 변화되기 때문에 연속적인 레벨 변동을 추적하여 유류의 유입 과 유출 속도를 측정, 사용자에게 유입/출 속도 조절을 위한 정보 제공이 가능하다.
Since the amount of change of the oil in the tank changes only by the height, it is possible to measure the inflow and outflow speed of the oil by tracking the level fluctuation continuously and to provide information for controlling the inflow and outflow to the user.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 레벨 측정기의 구성도,
도 2는 기존의 비 접촉식 레이더 센서를 이용하는 방식의 문제점을 나타내는 개념도,
도 3은 유류 탱크 구조물에 대한 Multipath 신호 제거 기법에 대한 개념도,
도 4는 레이더 유류 측정기 레벨 측정 순서도,
도 5는 레이더 유류 레벨 추적용 디지털 필터 구조도.1 is a configuration diagram of a radar level meter according to an embodiment of the present invention;
2 is a conceptual diagram showing a problem of a method using a conventional non-contact type radar sensor,
3 is a conceptual diagram of a multipath signal cancellation technique for a fuel tank structure,
4 is a radar oil flow meter level measurement flow chart,
5 is a digital filter structure diagram for tracking radar oil level.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to disturb the gist of the present invention.
본 발명에서는 레벨측정 값을 연속적으로 추적(Tracking)하여 잡음에 의한 레벨 탐지 오류와 구조물 등에 의한 Multipath 신호를 제거하여 유류 레벨 탐지 정확도를 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for increasing level of oil level detection accuracy by continuously tracking a level measurement value to eliminate a level detection error by noise and a multipath signal by a structure or the like.
표적 추적기술은 Pulse Doppler Radar, FMCW Radar 등 모든 레이더 방식의 레벨 측정용 센서에 적용 가능하다. 본 발명의 아날로그 장치의 구성은 레이더 파형(Waveform)을 발생 시키는 신호 발생 부, 전파를 이용하여 레이더 파형을 전송하고 수신하는 하는 송수신부, 전파를 방사하기 위한 안테나부로 구성된다.Target tracking technology is applicable to all radar type level measurement sensors such as Pulse Doppler Radar and FMCW Radar. The configuration of the analog device of the present invention is constituted by a signal generating unit for generating a radar waveform, a transmitting and receiving unit for transmitting and receiving a radar waveform using radio waves, and an antenna unit for radiating radio waves.
본 발명의 디지털 장치의 구성은 ADC(Analog Digital Convertor)의 입력 Dynamic Range를 맞추기 위한 AGC(Automatic Gain Control), ADC 변환 부, 디지털 데이터를 저장할 수 있는 메모리 부, 디지털 신호처리를 위한 신호처리부로 구성된다.The configuration of the digital device of the present invention is composed of AGC (Automatic Gain Control) for adjusting the input dynamic range of an ADC (Analog Digital Converter), an ADC conversion unit, a memory unit capable of storing digital data, and a signal processing unit for digital signal processing do.
유류 레벨 값 추적을 위해 알파-베타 필터를 이용하여 레벨 변화를 연속적으로 측정 및 Tracking을 수행한다. Tracking을 수행할 때 특정 Window를 구성해서 Window 이내의 값은 동일 값으로 추정한다.The level change is continuously measured and tracked using the alpha-beta filter to track the oil level value. When performing Tracking, construct a specific Window and estimate the value within the Window to be the same value.
유류 표면 파동에 의한 움직임으로 레벨 변화가 발생하는 경우, Window에서 특정되는 레벨 값의 평균값을 적용하여 파동의 영향을 감소시키는 것을 특징으로 한다.When the level change occurs due to the movement due to the oil surface wave, the influence of the wave is reduced by applying the average value of the level value specified in the window.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 레벨 측정기의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a radar level meter according to an embodiment of the present invention.
도 1의 아날로그 장치 구성은 레이더 파형발생 부, RF 송신 부, 안테나 부, Circulator, 안테나 부, RF 수신 부로 구성된다. 도 1의 디지털 신호처리 장치 구성은 ADC, 레이더 신호처리부, 레이더 파형 발생부, 레이더 Controller부, 외부 Interface로 구성된다.1 includes a radar waveform generator, an RF transmitter, an antenna, a circulator, an antenna, and an RF receiver. 1 comprises an ADC, a radar signal processor, a radar waveform generator, a radar controller, and an external interface.
디지털 신호처리 장치의 레이더 신호처리부에서 유류 레벨을 측정하고 측정된 값을 기준으로 데이터 추적을 수행하여 잡음, Multipath 성분을 제거하고 정밀 레벨 측정 수행한다.The radar signal processing unit of the digital signal processing apparatus measures the oil level, performs data tracking based on the measured value, removes noise and multipath components, and performs precision level measurement.
도 2는 기존의 비 접촉식 레이더 센서를 이용하는 방식의 문제점을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram showing a problem of a method using a conventional non-contact type radar sensor.
도 2와 같이 기존 레이더 레벨 측정기는 주변 구조물 등에 의한 Multipath 때문에 탱크 내부 구조가 복잡하지 않는 단순한 구조의 탱크 에만 적용할 수 있다.기존 레이더 레벨 측정기로 측정한 신호 특성을 살펴보면 잡음에 의한 오차와 Multipath에 의한 오차 등으로 일반 레이더 표적 검출기(CFAR)를 적용하는 경우 레벨 값 변동이 심하다.As shown in FIG. 2, the existing radar level measuring device can be applied only to a tank having a simple structure in which the internal structure of the tank is not complicated due to multipath caused by peripheral structures, etc. As for the signal characteristics measured by the existing radar level measuring device, (CFAR) is applied due to the error caused by the difference in the level value.
이러한 문제점을 해결하기 위해 레이더 전파의 퍼짐을 방지한 Horn 안테나를 적용하지만 탱크 내부 구조가 복잡한 경우, Multipath 문제는 항상 존재한다.In order to solve this problem, a horn antenna that prevents the spread of radar waves is applied. However, when the internal structure of the tank is complicated, a multipath problem always exists.
도 3은 유류 탱크 구조물에 대한 Multipath 신호 제거 기법에 대한 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a multipath signal cancellation technique for a fuel tank structure.
잡음과 Multipath 신호가 포함된 신호에 대해 Tracking Window 설정한다. 설정된 Window 구간의 레벨 높이 값이 변화하는 경우, 레벨 측정과 기존 측정된 값을 기준으로 Tracking 수행한다.Set the Tracking Window for signals that contain noise and multipath signals. When the level height value of the set window section changes, the level measurement and the tracking based on the existing measured value are performed.
Window 구간 내에 존재하는 Tracking 신호에 대해서만 레벨 높이 검출을 수행하고 Window 이외의 구간에 대해 Zero Padding 수행한다. 유류 표면파동 등에 의해 측정값이 흔들릴 경우, Window 구간 내에 존재하는 기존 Tracking 데이터들을 Moving Average 수행하여 표면파동에 의한 전파의 산란오차를 감소시킨다.Level height detection is performed only for the tracking signals existing within the window section and zero padding is performed for the sections other than the window. If the measurement value fluctuates due to oil surface wave or the like, Moving average of existing Tracking data existing in Window section reduces scattering error of the wave caused by surface wave.
유류 레벨 측정값과 시간에 따른 변화량을 측정하여 유류의 유입 및 유출 속도를 측정한다. 따라서 유류 레벨 정보, 실시간 추적 정보, 유입 및 유출 속도 정보를 사용자에게 정보 공유가 가능하다.Measurement of oil level measurement and change with time to measure oil inflow and outflow rate. Therefore, it is possible to share information on the fuel level information, the real time trace information, and the inflow and outflow speed information to the user.
도 4는 레이더 유류 측정기 레벨 측정 순서도이다.4 is a radar oil flow meter level measurement flow chart.
연속적인 레벨 측정값을 이용하여 유류 레벨 변화 시, 데이터 추적을 수행하여 레벨 변화로 인한 잡음 및 Multipath 신호를 제거한다. 기존 레벨 값의 변화량을 예측하여 새로운 측정값과 비교, 레벨 값 변동에 대한 추적, 기존 데이터와 신규 데이터의 유사성(레벨 높이 및 크기)비교하여 신규 측정 데이터 갱신한다.Data tracking is performed when the oil level changes using continuous level measurements to remove noise and multipath signals due to level changes. Predicts a change amount of an existing level value, compares the change with a new measurement value, tracks a change in a level value, and compares the similarity (level height and size) of the existing data with the new data.
레벨의 추적 History는 별도의 저장 장치를 이용하며 유류 탱크의 적재량, 유류 입/출입에 대한 정보를 시간, 날짜별로 데이터베이스에 구축할 수 있도록 한다.또한 유류 변화에 대한 정보를 실시간으로 확인할 수 있도록 무선 데이터 망을 이용하여 사용자 단말기에 실시간 데이터 전송한다.Level History Tracking uses a separate storage device to build up the database of fuel tank loading and fuel entry / exit information in time and date, And real-time data is transmitted to the user terminal using the data network.
도 5는 레이더 유류 레벨 추적용 디지털 필터 구조도이다.5 is a structural view of a digital filter for tracking radar oil level.
데이터 추적을 위한 디지털 필터는 알파-베타 필터를 적용한다.기존 레벨 측정값이 입력되면 알파, 베타 계수 값을 조정하여 추적 속도 및 정확도를 가변시켜 유류의 입/출입 속도에 따라 조절한다. 기존 데이터와 신규 입력되는 데이터를 이용하여 새롭게 예측되는 데이터를 출력, 이와 같은 필터 및 추적 신호처리는 모두 디지털 신호처리부에서 수행한다. The digital filter for data tracking uses an alpha-beta filter. When the existing level measurement value is input, the alpha and beta coefficient values are adjusted to adjust the tracking speed and accuracy according to the oil input / output speed. Outputting new predicted data by using existing data and newly inputted data, and such a filter and tracking signal processing are all performed by a digital signal processing unit.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.
Claims (1)
연속적인 레벨 측정값을 이용하여 유류 레벨 변화시 데이터 추적을 수행하여 상기 레벨 변화로 인한 잡음 및 Multipath 신호를 제거하는 과정과,
기존 레벨 값의 변화량을 예측하여 새로운 측정값과 비교하여 상기 레벨값 변동에 대한 추적을 사용하는 과정과,
기존 데이터와 신규 데이터의 유사성(레벨 높이 및 크기)비교하여 신규 측정 데이터 갱신하는 과정을 포함하는 레이더 센서를 이용한 유류 레벨 변화 추적 및 정밀 탐지 방법.
1. A method for tracking and detecting an oil level change using a radar sensor,
Performing data tracking at a change in a fuel level using a continuous level measurement value to remove a noise and a multipath signal due to the level change;
Estimating a change amount of an existing level value and comparing it with a new measured value to use the tracking for the level value variation;
And comparing the similarity (level height and size) of the existing data with the new data to update the new measurement data.
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| KR1020140045200A KR20150119623A (en) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | Method for oil level changing tracking and detailed dectection using radar sensor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102233274B1 (en) | 2021-01-06 | 2021-03-29 | 대한센서 주식회사 | Smart radar level sensor |
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2014
- 2014-04-16 KR KR1020140045200A patent/KR20150119623A/en not_active Application Discontinuation
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| KR102233274B1 (en) | 2021-01-06 | 2021-03-29 | 대한센서 주식회사 | Smart radar level sensor |
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