超高精度的雷达物位计标定装置及方法与流程

1.本公开涉及一种超高精度的雷达物位计标定装置及方法。


背景技术：

2.在现有技术中，雷达物位计的标定通常采用的方式是，雷达物位计向一个可移动的目标板发射雷达信号，并且接收该目标板的反射信号，从而根据雷达物位计与目标板之间的距离来得到标定距离。目标板与雷达物位计之间的距离采用测量装置得到。但是当雷达物位计的量程较大时，例如达到70米的距离，这时如果采用测量装置来测量该距离，可能对该距离很难实现非常精确的测量。而且当雷达物位计的量程很大时，移动目标板的机械移动装置也需要很大，例如对于70米量程的标定，标定装置的尺寸将会超过70米。在雷达物位计的标定过程中，至少需要5～10个点的标定，这样目标板需要进行移动，但是在每次移动的过程中将会很难保证精度。
3.此外，在量程很大的情况下，目标板在移动和运行过程中，很难保证垂直度，例如垂直度误差与量程进行叠加，将会造成很大的测量误差，从而造成反射信号的主波瓣与雷达物位计不能对正，从而造成雷达物位计的测量误差。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种超高精度的雷达物位计标定装置及方法。
5.根据本公开的一个方面，一种超高精度的雷达物位计标定装置，包括：
6.第一反射板，所述第一反射板能够接收雷达物位计发出的雷达波并且能够对所述雷达波进行反射以形成第一飞行方向的第一反射波作为雷达波；以及
7.第二反射板，所述第二反射板能够接收来自所述第一反射板反射形成的雷达波且进行反射以形成第二飞行方向的第二反射波作为雷达波，并且所述第一反射板能够接收来自所述第二反射板反射形成的雷达波且进行反射来再次形成第一飞行方向的第一反射波作为雷达波，其中所述第一飞行方向与所述雷达物位计发出的雷达波的方向相反，所述第二飞行方向与所述雷达物位计发出的雷达波的方向相同，
8.其中，所述雷达物位计发出的雷达波经由所述第一反射板和所述第二反射板进行反射，并且所述雷达物位计接收所述第一反射板反射形成的雷达波，至少基于所述雷达物位计所接收的经所述第一反射板反射形成的雷达波的反射次数和所述第一反射板与所述第二反射板之间的间距来得到距离测量值，并且通过所述距离测量值与距离标准值来进行所述雷达物位计的标定。
9.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板位于雷达物位计的对侧，所述第二反射板位于所述雷达物位计的同侧，其中，所述雷达物位计相对于所述第二反射板固定设置并且所述第二反射板具有通过空间，经由所述通过空间，所述雷达物位计发出的雷达波能够到达所述第一反射板并且所述雷达物位计能够接收经所述第一反射板反射形成
的雷达波。
10.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板和第二反射板之间的封闭空间构成微波飞行通道，所述微波飞行通道的四周包围有吸波材料或者不设置有任何微波反射物体。
11.根据本公开的至少一个实施方式，所述吸波材料包括锥形吸波海绵。
12.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板和第二反射板的形状为矩形或圆形，并且所述微波飞行通道为长方体或圆柱体。
13.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板与第二反射板的尺寸相同。
14.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板和所述第二反射板与所述雷达物位计发出的雷达波的方向垂直。
15.根据本公开的至少一个实施方式，所述雷达物位计设置在所述第二反射板的中心位置处并且所述雷达物位计发出的雷达波射向所述第一反射板的中心位置处。
16.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板和/或第二反射板的表面为平面状或曲面状，或者所述第一反射板和/或第二反射板的表面为抛物面。
17.根据本公开的至少一个实施方式，还包括支架，所述第一反射板与所述第二反射板安装至所述支架上。
18.根据本公开的至少一个实施方式，所述距离测量值基于所述雷达物位计所接收的雷达波被反射的次数、所述第一反射板与第二反射板之间的间距、和所述雷达物位计的安装位置来确定。
19.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板与第二反射板之间的间距固定，并且为已知距离。
20.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板与所述第二反射板之间的间距能够改变，并且还包括距离测量装置以及移动驱动装置，以便测量变化后的间距。
21.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一反射板与所述第二反射板之间的最大间距为最小间距的2倍以上。
22.根据本公开的至少一个实施方式，所述雷达物位计发出的雷达波经所述第一反射板反射n次，并且所述雷达物位计分别接收n次反射中的i次反射所形成的雷达波，并且根据i次反射的雷达波来得到i个距离测量值，其中n≥1且1≤i≤n。
23.根据本公开的至少一个实施方式，还包括校准装置，所述校准装置对所述i个距离测量值和多个预设的距离标准值进行对比，从而根据对比得到的测量误差进行校准，以便用于所述雷达物位计的标定。
24.根据本公开的至少一个实施方式，所述雷达物位计包括存储装置，所述存储装置存储所述i个距离测量值和多个预设的距离标准值，来形成校准列表。
25.根据本公开的另一方面，一种使用如上任一项所述的雷达物位计标定装置的标定方法，包括：
26.所述雷达物位计发射雷达波；
27.通过所述第一反射板和第二反射板反射所述雷达波；
28.所述第一反射板对雷达波进行n次反射，并且所述雷达物位计接收n次反射中的i次反射所形成的雷达波；
29.至少基于所述雷达物位计所接收的雷达波的i次反射次数和所述第一反射板与第二反射板之间的间距来得到i个距离测量值；以及
30.通过所述i个距离测量值与多个预设的距离标准值来进行所述雷达物位计的标定。
31.根据本公开的至少一个实施方式，基于所述i个距离测量值与多个预设的距离标准值之间的测量误差来进行所述雷达物位计的标定。
32.根据本公开的至少一个实施方式，还包括将i个距离测量值与多个预设的距离标准值记录至雷达物位计的装置中，以形成校准列表。
33.根据本公开的至少一个实施方式，还包括基于所述多个预设的距离标准值来对所述i个距离测量值进行校准，其中在校准的过程中：
34.如果i个距离测量值中的距离测量值等于所述校准列表中的距离标准值，则输出对应的距离值；如果i个距离测量值中的距离测量值在所述校准列表中的两个距离标准值之间，则通过线性对应关系根据所述两个距离标准值进行映射输出对应的距离值。
附图说明
35.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
36.图1示出了根据本公开的一个实施方式的超高精度的雷达物位计标定装置的示意图。
37.图2示出了根据本公开的一个实施方式的超高精度的雷达物位计标定装置的示意图。
38.图3示出了根据本公开的一个实施方式的超高精度的雷达物位计标定装置的示意图。
39.图4示出了根据本公开的一个实施方式的超高精度的雷达物位计标定装置的波形测量示意图。
40.图5示出了根据本公开的一个实施方式的超高精度的雷达物位计标定方法的流程图。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
43.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
44.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
45.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
46.为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
47.这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
48.根据本公开的一个实施方式，提供了一种超高精度的雷达物位计标定装置。
49.在本公开的技术方案中，可以在设置第一反射板和第二反射板，并且在反射板之间进行多次反射，从而实现在两个反射板距离很小的情况下，实现各种量程的校准和标定。
50.根据本公开的技术方案，可以在第一反射板不进行移动的情况下，来进行大距离的校准和标定。例如可以将第一反射板固定到位，从而可以避免移动第一反射板所导致的误差的出现，例如垂直度或者移动距离的准确性所产生的误差。从而还可以减小标定装置的尺寸。
51.例如，假设第一反射板和第二反射板之间的设定距离为一个高精度的已知距离，例如可以为1.000米，精度可以达到
±
1um。在进行多次反射来实现10米量程标定的情况下，10次反射的精度为
±
0.01um。但是如果第一反射板移动的方式，假设移动到10米的距离，根据现有技术的精度通常为0.1mm。可以看出，根据本公开的技术方案的精度将会远高于现有
方式。此外，在移动的过程中，不论是导轨自身的原因还是反射板与导轨的配合原因等，都很难保证第一反射板的垂直度。因此，在现有的移动方式的情况下，精度还会受到移动后的第一反射板的垂直度的影响。
52.图1示出了根据本公开的一个实施例的超高精度的雷达物位计标定装置10。
53.如图1所示，雷达物位计标定装置10可以包括第一反射板200、第二反射板300以及框体400。
54.第一反射板200可以设置在雷达物位计100的相对侧，这样其可以接收雷达物位计100发出的雷达波，并且对该雷达波进行反射。例如雷达波的飞行方向可以 x方向，而通过第一反射板200反射后所形成的作为雷达波的第一反射波的第一飞行方向则为
‑
x方向。这样， x方向与
‑
x方向相反。
55.第二反射板300可以设置在雷达物位计100的同侧，例如雷达物位计100相对于第二反射板300固定设置并且第二反射板300具有通过空间，经由通过空间，雷达物位计100发出的雷达波能够到达第一反射板200并且雷达物位计100能够接收第一反射板200反射形成的雷达波。
56.例如如图1所示，雷达物位计100可以通过安装座500安装至第二反射板300，并且与第二反射板300进行相对固定。第二反射板300可以具有通孔，并且该通孔允许雷达物位计100的前端设置在该通孔中或者允许雷达物位计100发出的雷达波通过该通孔，并且允许通过该通孔，雷达物位计100可以接收来自第一反射板200反射形成的雷达波。在本公开中，雷达波的发出位置可以与第二反射板300的右侧的表面齐平，也可以与该表面不齐平。
57.优选地，雷达物位计100可以安装在处于第二反射板300的中心位置出的通孔处或者附近。这样雷达物位计100可以与第一反射板200和第二反射板300的中心位置相对应。
58.在本公开中，第一反射板200和第二反射板300均设置成与雷达波的飞行方向垂直。
59.第二反射板300可以接收来自第一反射板200反射形成的雷达波且进行反射以形成第二飞行方向 x的第二反射波作为雷达波。其中第二飞行方向 x与雷达物位计100发出的雷达波的飞行方向相同，与第一飞行方向
‑
x相反。
60.根据本公开的技术方案，雷达物位计100发出的雷达波经由第一反射板200和第二反射板300可以进行多次反射，并且雷达物位计100接收第一反射板200反射形成的雷达波，至少基于雷达物位计所接收的经第一反射板200反射形成的雷达波的反射次数和第一反射板200与第二反射板300之间的间距来得到距离测量值，并且通过距离测量值与距离标准值来进行雷达物位计的标定。
61.例如，雷达物位计100发出雷达波之后沿着 x方向传播，将首先被第一反射板200反射，从而生成反射雷达波，其中该反射雷达波沿着
‑
x方向传播，将会发射到雷达物位计100和第二反射板300上，此时，如果需要，雷达物位计100可以对该反射雷达波进行接收、测量，并且因为该反射雷达波也发射到第二反射板300上，相应地会被第二反射板300进行反射，该反射雷达波将会沿着 x方向传播，继续发射至第一反射板200。
62.第一反射板200接收到该反射雷达波之后将会继续反射，再次形成
‑
x方向传播的反射雷达波，并且该反射雷达波同样发射至雷达物位计100和第二反射板300上，基于相同的道理，该反射雷达波可以被雷达物位计100接收、测量，也可以被第二反射板300进行反
射。如此进行重复循环，那么雷达物位计100将会接收到不同反射次数的反射雷达波比如，雷达物位计发出的雷达波经第一反射板反射n次后被雷达物位计接收，这样该雷达物位计的测量距离将会等于n
×
d，其中d为第一反射板200和第二反射板300之间的间距。例如，如果第一反射板200和第二反射板300之间的间距设定为5米，则经第一反射板反射5次，雷达物位计的测量距离将会是25米，经第一反射板反射10次，雷达物位计的测量距离将会是50米。
63.这样，可以通过多次反射，来实现多个不同位置的标定工作。通过本公开的技术方案，在精确地设置了雷达物位计100、第一反射板200和第二反射板300之间的相对位置之后，通过多次反射来实现不同传播距离的标定工作。从而在避免对第一反射板进行移动的情况下，来实现超高精度的测量和标定。而且通过反射原理来得到不同的测量距离，可以大大地缩减标定装置的尺寸。此外，通过不同反射次数的测量，还可以在保证精度且降低成本的情况下实现更多点的标定。
64.第一反射板200和第二反射板300可以固定在框体400上，并且雷达物位计100固定在第二反射板300上，这样实现了雷达物位计100、第一反射板200和第二反射板300之间的相对位置的稳定。此外可以通过框体400或其他部件来形成雷达波的飞行通道。在该飞行通道的内侧四周可以设置有吸波材料或者不设置有任何微波反射物体，例如该吸波材料可以是诸如锥形的吸波海绵。通过这种设置，这样可以避免飞行通道四周侧壁反射的雷达波被雷达物位计接收而影响测量的精度，雷达物位计可以仅接收通过第一反射板和/或第二反射板所反射的雷达波信号。
65.在本公开中，第一反射板200和第二反射板300的表面可以为平面形状，也可以为曲面形状，另外也可以为抛物面形状等等。另外，第一反射板200和第二反射板300可以设置成方形或者圆形等形状，并且飞行通道可以为长方体形状或者圆柱体形状。此外，第一反射板200和第二反射板300的尺寸可以设置为相同尺寸。
66.在上面的实施方式中，基于雷达物位计100所接收的经第一反射板200反射形成的雷达波的反射次数和第一反射板200与第二反射板300之间的间距来得到距离测量值。在这种情况下，设定为雷达物位计100发出雷达波的位置与第二反射板300的表面齐平。
67.如果在雷达物位计100发射雷达波的位置与第二反射板300的表面不齐平的情况下，此时需要考虑雷达物位计的安装位置，也就是说距离测量值基于雷达物位计所接收的雷达波被反射的次数、第一反射板200与第二反射板300之间的间距、和雷达物位计的安装位置来确定。
68.假如如图2所示，发射雷达波的位置相对于第二反射板300的表面凸出，那么雷达物位计100发射的雷达波至第一反射板200的距离则为d，此时，在雷达物位计100接收反射的雷达波时，则雷达物位计的距离测量值为n
×
d
‑
(d
‑
d)。对于发射雷达波的位置相对于第二反射板300的表面凹入的情况，也是相同的道理，在此不再赘述。
69.此外，虽然在上面的实施方式中，参照第一反射板200不进行移动的方式来描述的。但是第一反射板200也可以设置成移动的方式。这样通过第一反射板200的移动来调整第一反射板200和第二反射板300之间的间距d。此外也可以相对地将第一反射板固定而移动第二反射板300。下面将以第一反射板200移动为例进行说明。
70.例如，与第一反射板200相对应地可以设置诸如导轨等的移动驱动装置600，通过
移动驱动装置600来使得第一反射板200进行移动。从而实现第一反射板200与第二反射板300之间的间距的变化。此外，在能够移动的情况下，雷达物位计标定装置10还可以包括距离测量装置(图中未示出)。该距离测量装置可以为诸如光栅尺等高精度距离测量装置。
71.例如在第一间距处进行测量标定之后，然后可以将第一反射板300进行移动到第二间距，再次进行测量标定。其中通过光栅尺等测量第一反射板300的位置来得到第二间距。在本公开中，第一反射板300和第二反射板400之间的最大间距可以为最小间距的2倍以上。
72.通过这种方式，可以在任意位置来制造一个回波信号，通过不同的间距且加上不同的反射波的反射次数来实现测量标定，从而完成多个移动距离的位移量的测量校准和标定。
73.图4示出了根据本公开的实施方式，雷达物位计100所测量的反射雷达波信号的示意图。
74.例如在图4中示出了通过雷达物位计100所测量的反射雷达波与第一反射板和第二反射板之间间距的关系示意图。
75.雷达物位计100发出的雷达波在两个反射板之间被多次反射之后，雷达物位计可以接收多个等间距的回波信号(反射波信号)。并且可以在反射板不移动的情况下，对多个回波信号进行分析和计算，从而得到多个回波信号的距离测量值。雷达物位计发出的雷达波被第一反射板200反射n次，并且雷达物位计分别接收n次反射中的i次反射所形成的雷达波，并且根据i次反射的雷达波来得到i个距离测量值，其中n≥1且1≤i≤n。
76.最后通过多个预设的距离标准值来与多个距离测量值进行比对，从而得到测量误差，根据该测量误差进行校准。另外还可以将多个距离标准值来与多个距离测量值记录到雷达物位计中来形成一个校准列表，其中该功能可以通过校准装置来实现，也就是说校准装置对i个距离测量值和多个预设的距离标准值进行对比，从而根据对比得到的测量误差进行校准，以便用于雷达物位计的标定。并且校准列表可以存储在存储装置中。在校准过程中，如果i个距离测量值中的距离测量值等于校准列表中的距离标准值，则输出对应的距离值；如果i个距离测量值中的距离测量值在校准列表中的两个距离标准值之间，则通过线性对应关系根据两个距离标准值进行映射输出对应的距离值。
77.根据本公开的进一步实施方式，还提供了一种使用上述雷达物位计标定装置的标定方法。
78.图5示出了该标定方法的流程图。如图5所示，该标定方法s100可以包括步骤s102～s110。
79.在步骤s102中，雷达物位计发射雷达波。在步骤s104中，通过第一反射板200和第二反射板300反射雷达波。在步骤s106中，第一反射板200对雷达波进行n次反射，并且雷达物位计接收n次反射中的i次反射所形成的雷达波信号，其中雷达物位计可以接收全部反射的雷达波也可以接收部分反射的雷达波。在步骤s108中，至少基于雷达物位计所接收的雷达波的i次反射的次数和第一反射板200与第二反射板300之间的间距来得到i个距离测量值。当然如果在上面所描述需要的情况下，还可以基于雷达物位计的安装位置。在步骤s110中，通过i个距离测量值与多个预设的距离标准值来进行雷达物位计的标定。
80.在校准标定的过程中，可以将一个或多个距离测量值与预设的距离标准值进行对
比，通过测量误差来进行校准标定。此外还可以包括将i个距离测量值与多个预设的距离标准值记录至雷达物位计的装置中，以形成校准列表。另外还包括基于多个预设的距离标准值来对i个距离测量值进行校准，其中在校准的过程中：如果i个距离测量值中的距离测量值等于校准列表中的距离标准值，则输出对应的距离值；如果i个距离测量值中的距离测量值在校准列表中的两个距离标准值之间，则通过线性对应关系根据两个距离标准值进行映射输出对应的距离值。
81.此外，在如果需要移动诸如第一反射板的反射板的情况下，还可以包括对第一反射板进行移动，并且进一步测量二者之间的间距，并且根据变化后的间距来进行距离测量值的获得，从而进行后续的比对、校准标定等。需要说明的，为了简洁起见，在装置的实施方式中描述的相关特征可以并入方法的实施方式中，在此不再赘述。
82.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
83.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
84.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。