FMCW雷达液位测量系统设计
摘 要：针对目前液位测量系统的快速发展，传统的液位测量系统很难满足在复杂环境下对易燃、易爆等液体的高精度测量这一现状。针对此现状提出了以TI公司的TMS320F28335为核心结合FMCW（调频连续波）雷达技术的液位测量系统。在FMCW雷达液位测量系统中，差频信号通过FFT（快速傅里叶变换）变换实现频率的检测是实现距离测量的关键。文章首先采用DDS产生高精度锯齿波作为雷达发射信号，然后对差频信号经过滤波放大等处理，最后利用DSP进行FFT和最小二乘法得出液位信息，并通过RS485总线传输到上位机，从而实现实时监测。
关键词：FMCW；DSP；FFT；最小二乘法
引言
液位高度是现代化工业生产过程中重要的检测与控制参数之一。随着雷达技术的快速发展和液位测量系统的不断进步，雷达测量液位在石油化工行业的应用日益广泛[1]。它克服了传统机械式接触型液位仪表的诸多缺点，比如清洗维修的困难和使用不便等。雷达液位测量仪特别适用于高温、高压及黏度较大的易燃、易爆液态物质的液位测量[2]。
针对上述情况，本文采用TMS320F28335结合FMCW雷达测距技术设计了一种FMCW雷达液位测量系统。该测量系统具有精度高、低成本、实时性好等特点，可以满足液位测量系统的要求。
1 FMCW雷达测距原理
FMCW雷达测距的原理图如图1所示。
雷达工作时，DDS电路产生线性调频锯齿波信号，经环形器通过天线向外发射电磁波，同时还有一小部分给混频器作为本振信号。发射的电磁波在空间传播，遇到目标后将会散射，反射回来的电磁波被天线接收。回波信号和直接耦合过来的本振信号被加到混频器内，但是在电磁波传播到目标并返回天线的这段时间内，回波信号的频率相比系统此时发射信号的频率已有了变化，因此在混频器输出端便会出现一个含有发射信号与回波信号频率差的信号，称之为差频信号。差频信号中包含着目标的距离信息，因而差频信号经过滤波、放大、A/D转换和测频等处理后就可得到目标距离。
FMCW雷达发射信号、回波信号及差频信号示意图如图2所示，实线为发射信号频率fT的变化，虚线为回波信号频率fR的变化。底部的信号为本振信号和回波信号混频后得到的差频信号频率fd的变化。差频信号经过FFT变换，变换到频域，进而求出差频信号频率fd。
2 FMCW雷达液位测量系统的硬件设计
本文中的测量系统，选用TMS320F28335作为核心处理器。TMS320F28335的主频可达150MHz，单指令周期为6.67ns，拥有高性能的3...
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