本發(fā)明涉及物位測量。本發(fā)明尤其涉及一種具有干擾信號檢測模式的物位測量裝置、一種防止物位雷達(dá)受干擾影響的方法、一種程序單元以及一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)：

物位測量裝置以及特別是物位雷達(dá)裝置朝向填充材料表面發(fā)射傳輸信號，且填充材料表面反射所述信號。接著，可以通過物位測量裝置評估由填充材料表面反射的傳輸信號(在下文中被稱為接收信號)。作為該評估的一部分，可以根據(jù)接收信號中包含的物位回波來確定物位，其中該回波是被填充材料表面反射的傳輸信號的信號分量。

取決于所發(fā)射的傳輸信號的強(qiáng)度、填充材料表面的屬性以及諸如干擾信號的存在等額外因素，測量準(zhǔn)確度可能會受到不利影響。

可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)接收天線和與信號生成和信號處理相關(guān)的電子系統(tǒng)并且設(shè)置用于防止干擾信號到達(dá)接收天線的屏蔽來彌補(bǔ)這些會消除測量準(zhǔn)確度的影響。

這些措施有時很復(fù)雜，并且并不總能帶來期望的結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于增加物位測量裝置的測量準(zhǔn)確度和測量可靠性。

上述目的是通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求和下面的說明給出了本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施。

本發(fā)明的第一方面涉及一種物位測量裝置，特別地涉及一種物位雷達(dá)測量裝置，所述物位雷達(dá)測量裝置包括傳輸支路和接收支路。傳輸支路用于生成并朝向填充材料表面發(fā)射傳輸信號。為了發(fā)射傳輸信號，傳輸支路可以包括朝向填充材料表面輻射傳輸信號的天線。接收支路用于接收并隨后評估被反射的傳輸信號(即，接收信號)。

物位測量裝置被設(shè)計(jì)成選擇性地采用干擾信號檢測模式和物位測量模式。在干擾信號檢測模式中，物位測量裝置可以檢測接收信號是否包括干擾信號。在該模式下，不對物位進(jìn)行測量。測量裝置可以在物位測量模式中對物位進(jìn)行測量。在此情況下，在干擾信號檢測模式中發(fā)射的傳輸信號比在物位測量模式中發(fā)射的傳輸信號具有更低的強(qiáng)度。

換言之，當(dāng)裝置從物位測量模式切換至干擾信號檢測模式時，傳輸信號的強(qiáng)度減小(反之亦然)。

例如，在干擾信號檢測模式中，傳輸信號的強(qiáng)度為零。因此，在此情況下，例如通過斷開傳輸支路使傳輸信號在干擾信號檢測模式中失效。

如果現(xiàn)在在干擾信號檢測模式中檢測到干擾信號，則在計(jì)算物位時可將所述信號考慮在內(nèi)。替代地或另外地，當(dāng)物位測量裝置在干擾信號檢測模式中檢測到干擾信號時，在物位測量模式中，所述裝置可以分別改變傳輸信號的傳輸通道和接收信號的接收通道。這可以防止干擾信號對物位測量造成影響。

例如，設(shè)置有可變?yōu)V波器，該可變?yōu)V波器布置在物位測量裝置的接收支路中，并適于當(dāng)前使用的傳輸通道和接收通道。

也可以設(shè)置有可變衰減器，該可變衰減器布置在傳輸支路中，并為了采用干擾信號檢測模式而增加傳輸信號的衰減。

也能夠在傳輸支路中布置升壓器或放大器，該升壓器或放大器為了采用干擾信號檢測模式而被失效，使得傳輸信號的強(qiáng)度顯著地降低，甚至達(dá)到零。

如果強(qiáng)度達(dá)到零，則在干擾信號檢測模式中，僅來自外部干擾源的干擾信號依然會被檢測到。這些外部干擾源是以相同頻段進(jìn)行廣播的裝置，例如，其它物位測量裝置。

通過改變傳輸通道和接收通道，可以減少甚至完全消除該干擾。因此，增加了物位測量的品質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，物位測量裝置被設(shè)計(jì)成在干擾信號檢測模式和物位測量模式之間進(jìn)行周期性地切換。因此，所述裝置會定期地檢測接收信號是否包括干擾信號。如果包括干擾信號，則能夠自動地改變傳輸通道和接收通道。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，物位測量裝置包括為了采用干擾信號檢測模式而斷開傳輸支路的開關(guān)。這是從物位測量模式切換至干擾信號檢測模式的有效裝置，這是因?yàn)殚_關(guān)僅需要波動，并且無需對電子系統(tǒng)進(jìn)行其它改變。

也能夠提供上述措施的組合，例如同時設(shè)置可變?yōu)V波器和可變衰減器或可變?yōu)V波器和升壓器。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，物位測量裝置包括數(shù)據(jù)存儲器，以用于存儲不包括干擾信號分量的基準(zhǔn)回波曲線。物位測量裝置被設(shè)計(jì)成將在干擾信號檢測模式中檢測的接收信號與基準(zhǔn)回波曲線進(jìn)行比較，以判定接收信號是否包括干擾信號。

本發(fā)明的另一個方面涉及一種防止物位雷達(dá)受來自其它裝置的干擾影響的方法。首先，生成并將傳輸信號朝向填充材料表面發(fā)射。通過填充材料表面對該信號進(jìn)行反射，并且通過物位雷達(dá)接收并評估相應(yīng)的接收信號。物位雷達(dá)首先采用干擾信號檢測模式，以檢測接收信號是否包括干擾信號。在這種情況下，傳輸信號在干擾信號檢測模式中的強(qiáng)度低于其在物位測量模式中的強(qiáng)度。如果檢測到干擾信號，物位測量裝置會改變傳輸通道和接收通道并檢測在重新選擇的通道中是否存在任何干擾。如果重新選擇的通道沒有干擾，則物位測量裝置切換至物位測量模式，以對物位進(jìn)行測量。如已經(jīng)提到的，傳輸信號在物位測量模式中的強(qiáng)度高于其在干擾信號檢測模式中的強(qiáng)度。

本發(fā)明的另一個方面提供了一種程序單元，當(dāng)在物位測量裝置的處理器中被執(zhí)行時，該程序單元指示物位測量裝置執(zhí)行以上和以下說明的方法步驟。

本發(fā)明的另一個方面涉及一種在存儲有上述程序單元的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

下面將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。當(dāng)在以下說明和附圖中使用相同的參考標(biāo)記時，它們標(biāo)示相同或相似元件。然而，也可以使用不同的參考標(biāo)記來標(biāo)示相同或相似元件。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的物位測量裝置的傳輸支路和接收支路。

圖2a示出具有疊加干擾的物位測量模式中的回波曲線和沒有疊加干擾的物位測量模式中的回波曲線。

圖2b示出具有疊加干擾的干擾信號檢測模式中的回波曲線和沒有疊加干擾的干擾信號檢測模式中的回波曲線。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FMCW雷達(dá)傳感器的高頻部的簡化框圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的FMCW雷達(dá)傳感器的高頻部的簡化框圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的用于物位測量的脈沖式雷達(dá)的高頻部的簡化框圖。

具體實(shí)施方式

圖1是物位雷達(dá)的高頻部的簡化框圖。隨著在過去幾年中無線應(yīng)用(出于自身的目的，例如出于通信或諸如距離測量等其它目的，這些應(yīng)用使用頻譜的一部分)的數(shù)量迅速增加，這些裝置彼此影響的可能性也增加。由于只有那么多的可用頻段，因此越來越多的設(shè)備必須共享可用的頻譜。

因此，將例如76至77GHz的頻率范圍指定給機(jī)動車輛行業(yè)中的應(yīng)用。例如，用于距離警告或者作為自適應(yīng)速度控制系統(tǒng)(自適應(yīng)巡航控制(ACC：adaptive cruise control))的一部分的機(jī)動車輛雷達(dá)傳感器使用該頻率范圍。該頻率范圍與用于戶外物位測量的75至85GHz的頻率范圍重疊。非常期望這兩種系統(tǒng)在相同頻段中共存而不彼此影響。

另外，期望能夠在小空間中使用多個用于測量物位的雷達(dá)傳感器，且這些傳感器以相同頻段進(jìn)行廣播而不會受相鄰裝置的雷達(dá)信號的影響。特別地，在相同容器中的多個雷達(dá)傳感器的情況下，必須預(yù)期到這些裝置會進(jìn)行彼此干擾。

下面將對如下內(nèi)容進(jìn)行說明：能夠識別出用于物位測量的雷達(dá)傳感器受到來自使用相同頻段的其它發(fā)射機(jī)的信號影響的方式，以及如何采取適當(dāng)?shù)拇胧┮员闶紫仁惯@些系統(tǒng)能夠共存并其次盡可能地確保物位傳感器的無干擾操作。

為了使用于物位測量的雷達(dá)傳感器對來自以相同頻段廣播的其它裝置的干擾具有更強(qiáng)的魯棒性，提出了如下的方法和電路布置，并且圖1的框圖示出它們的基本原理。

傳輸振蕩器101生成傳輸信號，該傳輸信號經(jīng)由雙工器102到達(dá)天線103，并朝向填充材料發(fā)射。下面，也將物位測量裝置的上述部分稱為傳輸支路107。

可變衰減器110可布置在傳輸支路107中，并為了采用干擾信號檢測模式而增加傳輸信號的衰減，使得與在物位測量模式中相比，傳輸信號的強(qiáng)度低。

被填充材料表面111反射的信號返回至天線103，并由此經(jīng)由雙工器102接收并到達(dá)接收支路104。所接收的雷達(dá)信號在接收混頻器105中被向下混頻(downmixed)成低頻信號。

最后，在與接收混頻器105連接的信號處理部件106中，被向下混頻的接收信號被放大、濾波和數(shù)字化，并且生成回波曲線并對其進(jìn)行評估?？勺?yōu)V波器109可設(shè)置在雙工器102和混頻器105之間，并適于當(dāng)前使用的傳輸通道和接收通道。濾波器109也可布置在雙工器102和天線103之間。為了增加所提供的通道之間的選擇性，優(yōu)選地，濾波發(fā)生在混頻器105中的混頻之前。

然而，來自其它裝置的不期望信號也可通過天線103接收并處理，并且可在接收支路104中引起干擾。通常，源于其它使用者的不期望的接收信號會對物位傳感器的回波曲線造成影響，其中該曲線是在信號處理部件106中進(jìn)行準(zhǔn)備和評估的。

信號處理部件106可以連接至存儲元件108，例如，在該存儲元件中存儲有可以被信號處理部件存取的基準(zhǔn)回波曲線。

通常，能夠?qū)θ缦聝煞N情況進(jìn)行區(qū)分。一方面，不期望的接收信號可提高回波曲線中的噪聲水平。在多種情況下可以看到這個效果。另一方面，來自其它使用者的接收信號能夠在回波曲線中引起與待測量的物位不相關(guān)的不期望的回波。

增加的噪聲水平導(dǎo)致雷達(dá)傳感器的靈敏度降低，并且例如，不期望的回波可導(dǎo)致錯誤的回波判斷，并因此導(dǎo)致輸出錯誤的測量值。在操作期間，不能夠可靠地識別出回波曲線中的這些異常。頻譜中除了來自其它使用者的干擾信號之外，其它因素也可導(dǎo)致噪聲水平的增加。在回波曲線中存在數(shù)個回波(例如，來自容器夾具的雜散(spurious)回波或容器中的多個回波)的情況下，通常也不能可靠地識別噪聲水平的增加。

為了能夠可靠地識別頻段中的來自其它使用者的不期望的接收信號，切斷圖1中的傳輸支路107，并僅使接收支路104進(jìn)行操作。如果傳輸支路107被切斷，則雷達(dá)信號不再發(fā)送雷達(dá)信號。因此，能夠監(jiān)測所使用的通道，而得到不會疊加有(來自其自身裝置的)物位回波的回波曲線。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)停止信號處理部件106中所有平均化動作。特別地，回波曲線的平均化處理能夠阻止只是偶爾或很少出現(xiàn)的干擾的可靠檢測。

如果在這樣得到的回波曲線中觀察到異常，則可以將它們歸因于來自其它使用者的接收信號。如果回波曲線中的干擾過強(qiáng)，即例如與無干擾回波曲線相比，噪聲水平的增加過大，則能夠首先在接收支路中切換至另一個通道。這同樣適用于回波曲線中的不期望的回波。例如，在物位傳感器的制造期間，在制造工廠中測量無干擾回波曲線，并將其存儲在傳感器的存儲器中。

圖2A基于示例示出干擾信號對用于測量物位的雷達(dá)傳感器的回波曲線的影響。曲線201是具有距測量裝置約20m的物位回波203的無干擾回波曲線。當(dāng)傳感器在所使用的通道中受外部干擾信號影響時，根據(jù)曲線201得到回波曲線202。在這種情況下，能夠清晰地識別出曲線噪聲水平在整個測量范圍上增加了約10分貝。類似地，保留的物位回波203的信噪比也會降低。在本示例中，依然很容易使用曲線202對物位進(jìn)行測量。然而，在不利的物位測量條件下，由干擾引起的噪聲水平的增加可能掩蓋(mask)保留的物位回波203。于是，傳感器將不再能夠測量準(zhǔn)確的物位。

圖2B示出存儲在物位傳感器的存儲器108中的無干擾回波曲線204，并且該無干擾回波曲線是在使傳輸支路失效且無干擾信號時記錄的。當(dāng)切斷傳輸支路并且在所監(jiān)測的通道中再次存在外部提供的干擾信號時，得到回波曲線205。然而，通過使用所存儲的無干擾曲線204來處理該信號，可以容易地識別出在曲線205中清晰可見的噪聲的增加。

例如，在實(shí)際物位測量之前，可以首先檢測整個可用頻譜的當(dāng)前可用性，即，檢測所有的可用傳輸/接收通道，或者僅檢測各獨(dú)立通道或頻譜的各部分。如果發(fā)現(xiàn)無干擾的通道，則接通傳輸支路107，并能夠開始實(shí)際物位測量。為了增加各獨(dú)立通道之間的選擇性，可以將適當(dāng)濾波器109插入至雙工器102和接收混頻器105之間的連接中，或者插入至雙工器102和天線103之間的連接中，其中該濾波器適于在各情況下所使用的通道。

在物位測量期間，也可以周期地檢測所使用的通道的可用性。為此目的，通過再次切斷傳輸支路107而短暫地中斷物位測量。如果在得到的回波曲線中未觀察到異常，則重新接通傳輸支路107，并繼續(xù)物位測量。如果在回波曲線中觀察到干擾，則例如能夠切換至另一個無干擾的傳輸通道和接收通道。

由使用雷達(dá)來測量物位的監(jiān)管部門指定的頻率范圍通常大到足以被劃分成多個可用通道。在彼此相鄰區(qū)域處同時操作的雷達(dá)裝置可以利用這點(diǎn)，以在出現(xiàn)干擾時通過選取不同通道來測量物位。

相鄰的雷達(dá)裝置可以互相通信并互相通知它們打算使用的通道，使得即使在測量開始之前，也可以選取相鄰裝置不會使用的通道，從而使干擾最小化。

因此，可以降低干擾信號測量的數(shù)量(在每個干擾信號測量之后接著是至另一個通道的切換)，這是因?yàn)樘囟ㄑb置不會首先選取實(shí)際上已經(jīng)被相鄰裝置占用的通道。

本發(fā)明的基本考量是使用用于測量物位的雷達(dá)裝置來監(jiān)測頻譜受到該頻譜的其它使用者可能造成的干擾。通過切斷傳輸支路或在物位雷達(dá)(干擾信號檢測模式)中向下調(diào)節(jié)(down-regulating)傳輸信號，并通過隨后在回波曲線上評估可能的不規(guī)則行為(例如，噪聲水平的增加或干擾回波的出現(xiàn)等)來執(zhí)行監(jiān)測。

可以使用不同的雷達(dá)方法來測量物位。一方面，脈沖式雷達(dá)方法是已知的，其中，發(fā)送短雷達(dá)脈沖，并以連續(xù)抽樣的方法在接收混頻器中再次對其進(jìn)行抽樣。另一方面，頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)可以用于測量物位。然而，這里所述的用于防止頻譜中的來自其它使用者的干擾的方法并不局限于具體的雷達(dá)方法或具體類型的調(diào)制。相反，這里所述的方法可以使用用于測量物位的所有的雷達(dá)方法和所有類型的調(diào)制。

圖3是FMCW雷達(dá)傳感器的高頻部的簡化框圖。壓控振蕩器(VCO)301生成調(diào)頻信號(例如，具有起始頻率f₁和結(jié)束頻率f₂的線性頻率斜坡)，在功率分配器302中將該信號分成用于混頻器303的本地振蕩器(LO)信號和經(jīng)由升壓器304和環(huán)行器(circulator)305到達(dá)天線306并在此發(fā)射的傳輸信號。

被填充材料反射的信號返回至天線306，由此被環(huán)行器305接收并傳遞至混頻器303。借助LO信號，在混頻器303中將接收信號向下混頻成低頻信號，從而能夠進(jìn)行額外的處理。為了監(jiān)測旨在用于物位測量的傳輸/接收通道，例如，在圖3的電路中，可以切斷升壓器304。例如，這可以通過將升壓器從供電電壓U_b斷開來實(shí)現(xiàn)。如果升壓器304沒有使用供電電壓，則所述部件會以相當(dāng)大的程度使所施加的輸入信號衰減。因此，沒有傳輸信號會到達(dá)天線，或者僅那些被顯著減弱的傳輸信號會到達(dá)天線。因此，優(yōu)選地，將信號衰減至至少以下程度：在被填充材料表面反射之后，回波在接收支路的背景噪聲中變得不易察覺。因此，能夠進(jìn)行所使用的通道的無干擾監(jiān)測。

然而，通過切斷升壓器304，用于混頻器303的LO信號不會發(fā)生任何改變，因此，能夠監(jiān)測到由頻率斜坡的頻率f₁和f₂限定的通道。在該過程中，如果現(xiàn)在在回波曲線中檢測到干擾，例如，由噪聲水平的增加造成的干擾，則可以選擇新的通道。這可以通過重新選擇用于測量物位的頻率斜坡的開始頻率和結(jié)束頻率來實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，重新選擇的通道和原本中斷的通道不重疊。如果發(fā)現(xiàn)無干擾通道，則重新接通升壓器304的供電電壓U_b，并且開始或繼續(xù)物位測量。通常，由于VCO通常受控于鎖相環(huán)，因此在FMCW雷達(dá)中，能夠非常容易地實(shí)現(xiàn)頻率斜坡的開始頻率f₁和結(jié)束頻率f₂的自由選擇。因此，f₁和f₂的選擇可以歸因于鎖相環(huán)(PLL)部件的編程，并且通常能夠在實(shí)際物位測量之前并在雷達(dá)傳感器的操作期間進(jìn)行。

為了增加各獨(dú)立通道之間的選擇性，可以將濾波器插入至環(huán)行器305和混頻器303之間的連接中，或者插入至環(huán)行器305和天線306之間的連接中，該濾波器適于在各情況下所使用的通道。

作為升壓器304的代替或增加，例如，可以在相同點(diǎn)處(或者在所述點(diǎn)之前/之后)使用可變衰減器。當(dāng)監(jiān)測所期望的通道時，借助衰減器，可以將非常大的衰減接線(wired)至傳輸支路，使得沒有傳輸信號到達(dá)天線，或者僅那些被顯著減弱的信號到達(dá)天線。如果發(fā)現(xiàn)無干擾通道，則在此移除傳輸支路中的高衰減，并繼續(xù)物位測量。

圖4示出FMCW雷達(dá)傳感器的另一個實(shí)施例。在此情況下，借助開關(guān)401切斷傳輸支路。開關(guān)401具有兩個位置，并且可以被例如電壓U_b控制。開關(guān)的一個位置使開關(guān)的輸入信號被傳遞至環(huán)行器403，并接著被傳遞至天線404，如圖4所示。

為了監(jiān)測通道，將開關(guān)401撥動成使該開關(guān)的輸入信號被傳遞至無反射終端電阻器402。因此，優(yōu)選地，在此情況下，使傳輸信號也減弱至以下程度：在被填充材料表面反射之后，回波在接收支路的背景噪聲中變得不易察覺。如果發(fā)現(xiàn)無干擾通道，再次撥動開關(guān)，使得傳輸信號能夠返回至天線，并且可以繼續(xù)物位測量。

圖5是用于測量物位的脈沖式雷達(dá)的高頻部的簡化框圖。脈沖振蕩器501生成短雷達(dá)脈沖，該短雷達(dá)脈沖經(jīng)由升壓器504和環(huán)行器506到達(dá)天線507并在此發(fā)射。被填充材料反射的信號返回至天線507，被接收，并經(jīng)由環(huán)行器506被傳遞至抽樣混頻器508。在脈沖振蕩器502中生成抽樣脈沖，并且抽樣脈沖經(jīng)由升壓器505到達(dá)混頻器508。這里，借助抽樣脈沖，將被施加至混頻器508的接收信號通過順序抽樣轉(zhuǎn)換成低頻信號。在同步電路503中，使兩個脈沖振蕩器501和502同步。

圖5中的電路具有單獨(dú)的傳輸振蕩器501。例如，通過斷開其供電電壓U_b來切斷振蕩器501，能夠以非常簡單的方式使傳輸信號失效。因此，進(jìn)而能夠進(jìn)行所使用的通道的無干擾監(jiān)測。最后，通過修改在可用頻段中使用的雷達(dá)脈沖的中心頻率，能夠改變通道。為了增加各獨(dú)立通道之間的選擇性，在此情況下，也可以將濾波器插入至環(huán)行器506和抽樣混頻器508之間的連接中，或者插入至環(huán)行器506和天線507之間的連接中，其中相應(yīng)地，該濾波器也適于在各情況下所使用的通道。

即使在現(xiàn)代的安裝在單個芯片上作為單片微波集成電路圈(MMIC)的集成雷達(dá)收發(fā)器中，也可以根據(jù)需要切斷傳輸支路。因此，能夠針對這些部件中的不期望的干擾來監(jiān)測通道。

為了完整起見，應(yīng)當(dāng)理解的是，“包括”和“具有”并不排除其它元件或步驟的可能性，并且“一”或“一個”并不排除多個的可能性。應(yīng)當(dāng)指出，參照以上實(shí)施例中一者說明的特征或步驟也可以與上述其它實(shí)施例的特征或步驟組合使用。權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被視為具有限制性。