調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的原理為發(fā)送具有一定帶寬、頻率線性變化的連續(xù)信號(hào),再對(duì)接收到的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換,通過發(fā)送與接收信號(hào)的頻率差來計(jì)算兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差,最后與脈沖波雷達(dá)物位計(jì)一樣,由時(shí)間差得到對(duì)應(yīng)的距離值。
雷達(dá)能夠獲取很高的精度,其精度主要取決于壓控振蕩器的線性度和溫漂。
雷達(dá)通過發(fā)射頻率調(diào)制的連續(xù)波信號(hào),從回波信號(hào)中提取目標(biāo)距離信息。為線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻(如正弦波調(diào)頻)兩種。使用非線性調(diào)頻方式時(shí),每個(gè)目標(biāo)產(chǎn)生的差拍頻率不唯一,一般只適用于單目標(biāo)的場合,如雷達(dá)高度計(jì)等;線性調(diào)頻方式適合于用FFT算法測量頻率,應(yīng)用最廣。這種方式使每個(gè)目標(biāo)產(chǎn)生的差拍信號(hào)都是單一頻率,但其對(duì)線性調(diào)頻的線性度要求很高,比較常用的調(diào)制波形是三角波和鋸齒波,物位儀表常用鋸齒波高頻方式。雷達(dá)發(fā)射和接收信號(hào)的原理如圖 1所示。
圖1中,實(shí)線為雷達(dá)天線發(fā)送信號(hào)ft,虛線為雷達(dá)接收信號(hào)fr,B為信號(hào)的帶寬。發(fā)射信號(hào)的調(diào)頻周期T要遠(yuǎn)大于目標(biāo)最大回波時(shí)延td,即信號(hào)由天線發(fā)送經(jīng)物料反射,再由天線接收所經(jīng)的時(shí)間td比信號(hào)期T要小得多。發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)由于時(shí)延引起頻率的變換它們的頻率差就是差頻信號(hào),可用fif表示。顯然差額信號(hào)fif的大小正比于天線與目標(biāo)間的距離R,即
公式②中:c- 光速,3×108 m/s;T- 信號(hào)周期, B 為信號(hào)帶寬,均為已知參數(shù)。獲得差頻信號(hào)fif的值最簡單的方法是利用傅里葉變換方法,通過頻譜分析求得。
與脈沖雷達(dá)相比,調(diào)頻連續(xù)波方式測量線路較復(fù)雜,從而測量精確度較高,同時(shí)干擾回波也較易去除,一般用于較高端的測量方案。
雷達(dá)發(fā)射的是連續(xù)波比脈沖雷達(dá)的(峰值)功率小很多。發(fā)射功率小具有以下優(yōu)點(diǎn):
①電源電壓大大降低,這對(duì)于用于油艙內(nèi)液位測量系統(tǒng)的安全性非常重要;
②發(fā)射系統(tǒng)便于用固態(tài)器件實(shí)現(xiàn),從而使得發(fā)射系統(tǒng)尺寸大大減小, 可靠性提高;