本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置，具體涉及河流流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)包括天線單元、雷達(dá)綜合機(jī)箱和系統(tǒng)遠(yuǎn)程主控計(jì)算機(jī)組成。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)利用安裝有單發(fā)雙收的冰河雷達(dá)的雷達(dá)綜合機(jī)箱、一個(gè)寬波束的發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)冰下河流流速的非接觸式測(cè)量，避免了打冰孔帶來(lái)的困難，通過(guò)對(duì)不同距離單元的冰河雷達(dá)回波進(jìn)行信號(hào)處理，可實(shí)現(xiàn)冰下河流斷面上不同距離上流速的測(cè)量，結(jié)合觀測(cè)段的河流斷面信息、河流水位信息，即可計(jì)算出冰下河流的流量數(shù)據(jù)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置
本專利技術(shù)涉及河流流量測(cè)量
，具體涉及一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置。
技術(shù)介紹
河流的實(shí)時(shí)流量是水文、水資源管理以及水利工程中最重要的資料。對(duì)于未結(jié)冰的河道流量測(cè)驗(yàn)有多種方法，例如纜道、ADCP、側(cè)掃雷達(dá)等。但是對(duì)于已經(jīng)結(jié)冰的河道進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)則較困難。我國(guó)北方有上萬(wàn)條河流在冬季被冰封，因此如何測(cè)量冰期的河流流量成為水文部門(mén)的一個(gè)難題。《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-2015）中給出冰期流量測(cè)驗(yàn)的方法，主要是流速儀法和聲學(xué)多普勒法。這兩種方法都需要鑿冰孔，并將碎冰和冰花排除后，才能進(jìn)行測(cè)流工作。一條河流需要鑿出多個(gè)冰孔才能滿足流量測(cè)驗(yàn)要求。工作量大，操作困難，費(fèi)時(shí)耗力。冰上鑿孔后就將冰下氣層與大氣相通，改變了冰下氣壓，也就改變了冰下流態(tài)。冰孔能保持的時(shí)間很短，因此要反復(fù)鑿冰孔來(lái)進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)。而對(duì)于冰下流速測(cè)量，有多種因素影響冰下水流，一般需要考慮的有：冰厚、冰下水位、河流斷面、冰下流速、冰下水面氣壓、冰的形式（表面冰、針冰、錨狀冰），目前國(guó)際上已有的探地雷達(dá)能夠完成冰厚、冰下水位、河流斷面的測(cè)量，但都不能完成冰期河流流速的測(cè)量。而冰下河流流量隨著不同的氣象條件變化較快，這就需要在不同的氣象條件下對(duì)冰下流速進(jìn)行多次測(cè)量，才能準(zhǔn)確把握冰下河流的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)難度較大。目前國(guó)際上已有的探地雷達(dá)能夠完成冰厚、冰下水位、河流斷面的測(cè)量。利用雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行冰下流量測(cè)驗(yàn)，是一種很好的方法，能有效解決上述難題。目前國(guó)內(nèi)外均未有相關(guān)研究，對(duì)于在河流結(jié)冰期可用于冰下流速測(cè)量的雷達(dá)未見(jiàn)報(bào)道。而且傳統(tǒng)冰下河流測(cè)量需要鑿冰孔，并將碎冰和冰花排除后，才能進(jìn)行測(cè)流工作，該種測(cè)量方法工作量大，操作困難，具有費(fèi)時(shí)耗力、測(cè)量成本高、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為此，本專利技術(shù)提供一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置，通過(guò)利用安裝有單發(fā)雙收的冰河雷達(dá)的雷達(dá)綜合機(jī)箱、一個(gè)寬波束的發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)冰下河流流速的非接觸式測(cè)量，避免了打冰孔帶來(lái)的困難，通過(guò)對(duì)不同距離單元的冰河雷達(dá)回波進(jìn)行信號(hào)處理，可實(shí)現(xiàn)冰下河流斷面上不同距離上流速的測(cè)量，結(jié)合觀測(cè)段的河流斷面信息、河流水位信息，即可計(jì)算出冰下河流的流量數(shù)據(jù)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于鑿冰測(cè)量導(dǎo)致的工作量大、操作困難、費(fèi)時(shí)耗力、測(cè)量成本高、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置，設(shè)備工作在UHF波段，采用步進(jìn)頻連續(xù)波技術(shù)解決現(xiàn)有冰期河流流量測(cè)量的難題。本專利技術(shù)包括天線單元、雷達(dá)綜合機(jī)箱和系統(tǒng)遠(yuǎn)程主控計(jì)算機(jī)組成，所述天線單元包括雷達(dá)天線罩、一個(gè)發(fā)射天線模塊、兩個(gè)接收天線模塊，用于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射和接收；所述雷達(dá)綜合機(jī)箱包括信號(hào)生成單元、功率放大單元、回波信號(hào)接收單元、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)處理單元、對(duì)外通訊模塊以及設(shè)備供電電源模塊，用于完成整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)控制、雷達(dá)信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理等相關(guān)工作；所述系統(tǒng)遠(yuǎn)程主控計(jì)算機(jī)包括控制計(jì)算機(jī)和運(yùn)行于主控計(jì)算機(jī)的冰期河流測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng)主控軟件，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作的整體控制和顯示。本專利技術(shù)包括主控模塊，所述主控模塊連接端設(shè)有綜合模塊，所述綜合模塊輸出滿足功率要求的步進(jìn)頻輻射信號(hào)，綜合模塊輻射信號(hào)輸出端設(shè)有發(fā)射模塊，所述綜合模塊輸入端設(shè)有接收模塊一、接收模塊二和供電模塊；所述主控模塊用于根據(jù)系統(tǒng)工作參數(shù)要求，向綜合模塊下發(fā)對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)，生成對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)，并且用于處理通過(guò)綜合模塊接收到的信號(hào)；所述綜合模塊用于處理需要發(fā)射的信號(hào)和接收信號(hào)，輸出UHF波段信號(hào)，并放大到系統(tǒng)要求的功率電平并將其輸出到發(fā)射模塊，通過(guò)接收模塊接收冰下河面回波反射信號(hào)，并完成對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理，所述綜合模塊包括雷達(dá)綜合機(jī)箱；所述發(fā)射模塊用于將從綜合模塊送來(lái)的UHF波段信號(hào)向空間輻射出去；所述接收模塊一和接收模塊二用于接收空間不同指向的冰下河面回波信號(hào)；所述供電模塊用于為綜合模塊供電。進(jìn)一步地，所述雷達(dá)綜合機(jī)箱內(nèi)部設(shè)有接收機(jī)，所述接收機(jī)包括信號(hào)產(chǎn)生單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、混頻濾波單元和正交處理單元，所述信號(hào)產(chǎn)生單元與接收模塊一、接收模塊二輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)在接收模塊一和接收模塊二的輸入端，所述混頻濾波單元與A/D轉(zhuǎn)換單元輸出端相連接，所述正交處理單元與混頻濾波單元輸出端相連接。進(jìn)一步地，所述雷達(dá)綜合機(jī)箱內(nèi)部設(shè)有信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元與接收機(jī)連接端相連接，所述信號(hào)處理單元連接端設(shè)有數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元連接端設(shè)有通訊單元，所述通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元均設(shè)在雷達(dá)綜合機(jī)箱內(nèi)部，所述通訊單元與主控模塊連接端相連接。進(jìn)一步地，所述發(fā)射模塊包括發(fā)射天線，所述發(fā)射天線與功放單元輸出端相連接。進(jìn)一步地，所述供電模塊包括蓄電池/市電接口，所述蓄電池/市電接口與雷達(dá)綜合機(jī)箱上的電源接口輸入端相連接。進(jìn)一步地，所述主控模塊包括系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)，所述系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)與通訊單元連接端相連接。進(jìn)一步地，所述接收模塊一和接收模塊二包括兩個(gè)接收天線，所述接收天線與A/D轉(zhuǎn)換單元輸入端相連接，所述發(fā)射天線設(shè)在兩個(gè)接收天線之間。進(jìn)一步地，所述接收天線和發(fā)射天線頂部固定設(shè)有機(jī)架，所述雷達(dá)綜合機(jī)箱設(shè)在機(jī)架后側(cè)，所述機(jī)架底部固定設(shè)有機(jī)架底座，所述雷達(dá)綜合機(jī)箱設(shè)在機(jī)架底座頂部，所述雷達(dá)綜合機(jī)箱一側(cè)固定設(shè)有電源線，所述發(fā)射天線和接收天線外端均設(shè)有玻璃鋼罩，所述玻璃鋼罩頂部與機(jī)架頂端固定連接。本專利技術(shù)實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)：本專利技術(shù)通過(guò)利用雷達(dá)綜合機(jī)箱中的單發(fā)雙收的冰河雷達(dá)、一個(gè)寬波束的發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線，并使每個(gè)接收天線都有自己的數(shù)字接收機(jī)來(lái)采集復(fù)信號(hào)回波，利用處理軟件完成信號(hào)積累及相位分析，采用傅立葉變換計(jì)算相關(guān)函數(shù)，得到冰期河流水面流速，再結(jié)合斷面數(shù)據(jù)和水位計(jì)算得到冰期河流流量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)冰下河流流速的非接觸式測(cè)量，與現(xiàn)有技術(shù)相比，避免了打冰孔帶來(lái)的困難，還能夠有效的降低工作難度和強(qiáng)度，本專利技術(shù)可安裝在人口稠密城市，也可安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)的河岸，可直接在岸上完成測(cè)量，也可在汽車(chē)上移動(dòng)測(cè)量。這些優(yōu)點(diǎn)是目前使用的傳統(tǒng)測(cè)流設(shè)備所無(wú)法比擬的。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)提供的模塊圖；圖2為本專利技術(shù)提供的單元圖；圖3為本專利技術(shù)提供的雷達(dá)綜合機(jī)箱內(nèi)部的單元圖；圖4為本專利技術(shù)提供的發(fā)射天線和接收天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本專利技術(shù)提供的發(fā)射天線和接收天線的側(cè)視圖；圖6為本專利技術(shù)提供的冰期河流流量精確測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng)框圖；圖7為本專利技術(shù)提供的雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理框圖；圖8為本專利技術(shù)提供的雷達(dá)發(fā)射步進(jìn)頻連續(xù)波信號(hào)時(shí)域及頻譜；圖9為本專利技術(shù)提供的冰下河流回波采集信號(hào)時(shí)域與頻譜；圖10為本專利技術(shù)提供的不同距離單元的多普勒特征信息；圖11為本專利技術(shù)提供的冰期河流測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng)主控軟件流速分布顯示；圖12為本專利技術(shù)提供的冰期河流測(cè)量雷達(dá)流量信息顯示；圖13為本專利技術(shù)提供的冰河雷達(dá)工作狀態(tài)示意圖；圖14為本專利技術(shù)提供的冰河雷達(dá)天線單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為本專利技術(shù)提供的冰河雷達(dá)收本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置，包括主控模塊（5），其特征在于：所述主控模塊（5）連接端設(shè)有綜合模塊（1），所述綜合模塊（1）輸出滿足功率要求的步進(jìn)頻輻射信號(hào)，綜合模塊（1）輻射信號(hào)輸出端設(shè)有發(fā)射模塊（3），所述綜合模塊（1）輸入端設(shè)有接收模塊一（2）、接收模塊二（4）和供電模塊（6）；/n所述主控模塊（5）用于根據(jù)系統(tǒng)工作參數(shù)要求，向綜合模塊（1）下發(fā)對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)，生成對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)，并且用于處理通過(guò)綜合模塊（1）接收到的信號(hào)；/n所述綜合模塊（1）用于處理需要發(fā)射的信號(hào)和接收信號(hào)，輸出UHF波段信號(hào)，并放大到系統(tǒng)要求的功率電平并將其輸出到發(fā)射模塊（3），通過(guò)接收模塊一（2）和接收模塊二（4）接收冰下河面回波反射信號(hào)，并完成對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理，所述綜合模塊（1）包括雷達(dá)綜合機(jī)箱（7）；/n所述發(fā)射模塊（3）用于將從綜合模塊（1）送來(lái)的UHF波段信號(hào)向空間輻射出去；/n所述接收模塊一（2）和接收模塊二（4）用于接收空間不同指向的冰下河面回波信號(hào)；/n所述供電模塊（6）用于為綜合模塊（1）供電。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置，包括主控模塊（5），其特征在于：所述主控模塊（5）連接端設(shè)有綜合模塊（1），所述綜合模塊（1）輸出滿足功率要求的步進(jìn)頻輻射信號(hào)，綜合模塊（1）輻射信號(hào)輸出端設(shè)有發(fā)射模塊（3），所述綜合模塊（1）輸入端設(shè)有接收模塊一（2）、接收模塊二（4）和供電模塊（6）；
所述主控模塊（5）用于根據(jù)系統(tǒng)工作參數(shù)要求，向綜合模塊（1）下發(fā)對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)，生成對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)，并且用于處理通過(guò)綜合模塊（1）接收到的信號(hào)；
所述綜合模塊（1）用于處理需要發(fā)射的信號(hào)和接收信號(hào)，輸出UHF波段信號(hào)，并放大到系統(tǒng)要求的功率電平并將其輸出到發(fā)射模塊（3），通過(guò)接收模塊一（2）和接收模塊二（4）接收冰下河面回波反射信號(hào)，并完成對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理，所述綜合模塊（1）包括雷達(dá)綜合機(jī)箱（7）；
所述發(fā)射模塊（3）用于將從綜合模塊（1）送來(lái)的UHF波段信號(hào)向空間輻射出去；
所述接收模塊一（2）和接收模塊二（4）用于接收空間不同指向的冰下河面回波信號(hào)；
所述供電模塊（6）用于為綜合模塊（1）供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置，其特征在于：所述雷達(dá)綜合機(jī)箱（7）內(nèi)部設(shè)有功放單元（8）、接收機(jī)（13）、信號(hào)處理單元（16）、數(shù)據(jù)處理單元（17）和通訊單元（18）以及對(duì)應(yīng)電源接口（25），所述接收機(jī)（13）包括信號(hào)產(chǎn)生單元（14）、A/D轉(zhuǎn)換單元（15）、混頻濾波單元（23）和正交處理單元（24），所述信號(hào)產(chǎn)生單元（14）與功放單元（8）和接收模塊一（2）、接收模塊二（4）輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換單元（15）設(shè)在接收模塊一（2）和接收模塊二（4）的輸入端，所述混頻濾波單元（23）與A/D轉(zhuǎn)換單元（15）輸出端向相連接，所述正交處理單元（24）與混頻濾波單元（23）輸出端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種冰期河流流量測(cè)量雷達(dá)裝置，其特征在于：所述雷達(dá)綜合機(jī)箱（7）內(nèi)部設(shè)有信號(hào)處理單元（16），所述信號(hào)處理單元（16）與接收機(jī)（13）連接端相連接，所述信號(hào)處理單元（16）連接端設(shè)有數(shù)據(jù)處理單元（17），所述數(shù)據(jù)處理單元（17）連接端設(shè)有通訊單元（18），所述通訊單元（18）和數(shù)據(jù)處理單元（17）均設(shè)在雷達(dá)綜合機(jī)箱（7）內(nèi)部，所述通訊單元（18）與主控模塊（5）連接端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李忱，張?jiān)?/a>，曾仲毅，尹光，林思夏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京微麥科斯電子科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32
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