一种冰期河流流量测量雷达装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种冰期河流流量测量雷达装置，具体涉及河流流量测量技术领域。本发明专利技术包括天线单元、雷达综合机箱和系统远程主控计算机组成。本发明专利技术通过利用安装有单发双收的冰河雷达的雷达综合机箱、一个宽波束的发射天线和两个接收天线，可以实现对冰下河流流速的非接触式测量，避免了打冰孔带来的困难，通过对不同距离单元的冰河雷达回波进行信号处理，可实现冰下河流断面上不同距离上流速的测量，结合观测段的河流断面信息、河流水位信息，即可计算出冰下河流的流量数据。

【技术实现步骤摘要】
一种冰期河流流量测量雷达装置
本专利技术涉及河流流量测量
，具体涉及一种冰期河流流量测量雷达装置。
技术介绍
河流的实时流量是水文、水资源管理以及水利工程中最重要的资料。对于未结冰的河道流量测验有多种方法，例如缆道、ADCP、侧扫雷达等。但是对于已经结冰的河道进行流量测验则较困难。我国北方有上万条河流在冬季被冰封，因此如何测量冰期的河流流量成为水文部门的一个难题。《河流流量测验规范》（GB50179-2015）中给出冰期流量测验的方法，主要是流速仪法和声学多普勒法。这两种方法都需要凿冰孔，并将碎冰和冰花排除后，才能进行测流工作。一条河流需要凿出多个冰孔才能满足流量测验要求。工作量大，操作困难，费时耗力。冰上凿孔后就将冰下气层与大气相通，改变了冰下气压，也就改变了冰下流态。冰孔能保持的时间很短，因此要反复凿冰孔来进行流量测验。而对于冰下流速测量，有多种因素影响冰下水流，一般需要考虑的有：冰厚、冰下水位、河流断面、冰下流速、冰下水面气压、冰的形式（表面冰、针冰、锚状冰），目前国际上已有的探地雷达能够完成冰厚、冰下水位、河流断面的测量，但都不能完成冰期河流流速的测量。而冰下河流流量随着不同的气象条件变化较快，这就需要在不同的气象条件下对冰下流速进行多次测量，才能准确把握冰下河流的相关信息，实现难度较大。目前国际上已有的探地雷达能够完成冰厚、冰下水位、河流断面的测量。利用雷达技术进行冰下流量测验，是一种很好的方法，能有效解决上述难题。目前国内外均未有相关研究，对于在河流结冰期可用于冰下流速测量的雷达未见报道。而且传统冰下河流测量需要凿冰孔，并将碎冰和冰花排除后，才能进行测流工作，该种测量方法工作量大，操作困难，具有费时耗力、测量成本高、实时性差等缺点。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种冰期河流流量测量雷达装置，通过利用安装有单发双收的冰河雷达的雷达综合机箱、一个宽波束的发射天线和两个接收天线，可以实现对冰下河流流速的非接触式测量，避免了打冰孔带来的困难，通过对不同距离单元的冰河雷达回波进行信号处理，可实现冰下河流断面上不同距离上流速的测量，结合观测段的河流断面信息、河流水位信息，即可计算出冰下河流的流量数据，以解决现有技术中由于凿冰测量导致的工作量大、操作困难、费时耗力、测量成本高、实时性差的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种冰期河流流量测量雷达装置，设备工作在UHF波段，采用步进频连续波技术解决现有冰期河流流量测量的难题。本专利技术包括天线单元、雷达综合机箱和系统远程主控计算机组成，所述天线单元包括雷达天线罩、一个发射天线模块、两个接收天线模块，用于实现雷达信号的发射和接收；所述雷达综合机箱包括信号生成单元、功率放大单元、回波信号接收单元、信号处理单元、数据处理单元、对外通讯模块以及设备供电电源模块，用于完成整个系统的信号控制、雷达信号处理、数据处理等相关工作；所述系统远程主控计算机包括控制计算机和运行于主控计算机的冰期河流测量雷达系统主控软件，用于实现系统工作的整体控制和显示。本专利技术包括主控模块，所述主控模块连接端设有综合模块，所述综合模块输出满足功率要求的步进频辐射信号，综合模块辐射信号输出端设有发射模块，所述综合模块输入端设有接收模块一、接收模块二和供电模块；所述主控模块用于根据系统工作参数要求，向综合模块下发对应的控制参数，生成对应的发射信号，并且用于处理通过综合模块接收到的信号；所述综合模块用于处理需要发射的信号和接收信号，输出UHF波段信号，并放大到系统要求的功率电平并将其输出到发射模块，通过接收模块接收冰下河面回波反射信号，并完成对应的信号处理和数据处理，所述综合模块包括雷达综合机箱；所述发射模块用于将从综合模块送来的UHF波段信号向空间辐射出去；所述接收模块一和接收模块二用于接收空间不同指向的冰下河面回波信号；所述供电模块用于为综合模块供电。进一步地，所述雷达综合机箱内部设有接收机，所述接收机包括信号产生单元、A/D转换单元、混频滤波单元和正交处理单元，所述信号产生单元与接收模块一、接收模块二输入端连接，所述A/D转换单元设在接收模块一和接收模块二的输入端，所述混频滤波单元与A/D转换单元输出端相连接，所述正交处理单元与混频滤波单元输出端相连接。进一步地，所述雷达综合机箱内部设有信号处理单元，所述信号处理单元与接收机连接端相连接，所述信号处理单元连接端设有数据处理单元，所述数据处理单元连接端设有通讯单元，所述通讯单元和数据处理单元均设在雷达综合机箱内部，所述通讯单元与主控模块连接端相连接。进一步地，所述发射模块包括发射天线，所述发射天线与功放单元输出端相连接。进一步地，所述供电模块包括蓄电池/市电接口，所述蓄电池/市电接口与雷达综合机箱上的电源接口输入端相连接。进一步地，所述主控模块包括系统主控计算机，所述系统主控计算机与通讯单元连接端相连接。进一步地，所述接收模块一和接收模块二包括两个接收天线，所述接收天线与A/D转换单元输入端相连接，所述发射天线设在两个接收天线之间。进一步地，所述接收天线和发射天线顶部固定设有机架，所述雷达综合机箱设在机架后侧，所述机架底部固定设有机架底座，所述雷达综合机箱设在机架底座顶部，所述雷达综合机箱一侧固定设有电源线，所述发射天线和接收天线外端均设有玻璃钢罩，所述玻璃钢罩顶部与机架顶端固定连接。本专利技术实施例具有如下优点：本专利技术通过利用雷达综合机箱中的单发双收的冰河雷达、一个宽波束的发射天线和两个接收天线，并使每个接收天线都有自己的数字接收机来采集复信号回波，利用处理软件完成信号积累及相位分析，采用傅立叶变换计算相关函数，得到冰期河流水面流速，再结合断面数据和水位计算得到冰期河流流量，以实现对冰下河流流速的非接触式测量，与现有技术相比，避免了打冰孔带来的困难，还能够有效的降低工作难度和强度，本专利技术可安装在人口稠密城市，也可安装在偏远地区的河岸，可直接在岸上完成测量，也可在汽车上移动测量。这些优点是目前使用的传统测流设备所无法比拟的。附图说明图1为本专利技术提供的模块图；图2为本专利技术提供的单元图；图3为本专利技术提供的雷达综合机箱内部的单元图；图4为本专利技术提供的发射天线和接收天线的结构示意图；图5为本专利技术提供的发射天线和接收天线的侧视图；图6为本专利技术提供的冰期河流流量精确测量雷达系统框图；图7为本专利技术提供的雷达信号数据处理框图；图8为本专利技术提供的雷达发射步进频连续波信号时域及频谱；图9为本专利技术提供的冰下河流回波采集信号时域与频谱；图10为本专利技术提供的不同距离单元的多普勒特征信息；图11为本专利技术提供的冰期河流测量雷达系统主控软件流速分布显示；图12为本专利技术提供的冰期河流测量雷达流量信息显示；图13为本专利技术提供的冰河雷达工作状态示意图；图14为本专利技术提供的冰河雷达天线单元结构示意图；图15为本专利技术提供的冰河雷达收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰期河流流量测量雷达装置，包括主控模块（5），其特征在于：所述主控模块（5）连接端设有综合模块（1），所述综合模块（1）输出满足功率要求的步进频辐射信号，综合模块（1）辐射信号输出端设有发射模块（3），所述综合模块（1）输入端设有接收模块一（2）、接收模块二（4）和供电模块（6）；/n所述主控模块（5）用于根据系统工作参数要求，向综合模块（1）下发对应的控制参数，生成对应的发射信号，并且用于处理通过综合模块（1）接收到的信号；/n所述综合模块（1）用于处理需要发射的信号和接收信号，输出UHF波段信号，并放大到系统要求的功率电平并将其输出到发射模块（3），通过接收模块一（2）和接收模块二（4）接收冰下河面回波反射信号，并完成对应的信号处理和数据处理，所述综合模块（1）包括雷达综合机箱（7）；/n所述发射模块（3）用于将从综合模块（1）送来的UHF波段信号向空间辐射出去；/n所述接收模块一（2）和接收模块二（4）用于接收空间不同指向的冰下河面回波信号；/n所述供电模块（6）用于为综合模块（1）供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种冰期河流流量测量雷达装置，包括主控模块（5），其特征在于：所述主控模块（5）连接端设有综合模块（1），所述综合模块（1）输出满足功率要求的步进频辐射信号，综合模块（1）辐射信号输出端设有发射模块（3），所述综合模块（1）输入端设有接收模块一（2）、接收模块二（4）和供电模块（6）；
所述主控模块（5）用于根据系统工作参数要求，向综合模块（1）下发对应的控制参数，生成对应的发射信号，并且用于处理通过综合模块（1）接收到的信号；
所述综合模块（1）用于处理需要发射的信号和接收信号，输出UHF波段信号，并放大到系统要求的功率电平并将其输出到发射模块（3），通过接收模块一（2）和接收模块二（4）接收冰下河面回波反射信号，并完成对应的信号处理和数据处理，所述综合模块（1）包括雷达综合机箱（7）；
所述发射模块（3）用于将从综合模块（1）送来的UHF波段信号向空间辐射出去；
所述接收模块一（2）和接收模块二（4）用于接收空间不同指向的冰下河面回波信号；
所述供电模块（6）用于为综合模块（1）供电。


2.根据权利要求1所述的一种冰期河流流量测量雷达装置，其特征在于：所述雷达综合机箱（7）内部设有功放单元（8）、接收机（13）、信号处理单元（16）、数据处理单元（17）和通讯单元（18）以及对应电源接口（25），所述接收机（13）包括信号产生单元（14）、A/D转换单元（15）、混频滤波单元（23）和正交处理单元（24），所述信号产生单元（14）与功放单元（8）和接收模块一（2）、接收模块二（4）输入端连接，所述A/D转换单元（15）设在接收模块一（2）和接收模块二（4）的输入端，所述混频滤波单元（23）与A/D转换单元（15）输出端向相连接，所述正交处理单元（24）与混频滤波单元（23）输出端相连接。


3.根据权利要求2所述的一种冰期河流流量测量雷达装置，其特征在于：所述雷达综合机箱（7）内部设有信号处理单元（16），所述信号处理单元（16）与接收机（13）连接端相连接，所述信号处理单元（16）连接端设有数据处理单元（17），所述数据处理单元（17）连接端设有通讯单元（18），所述通讯单元（18）和数据处理单元（17）均设在雷达综合机箱（7）内部，所述通讯单元（18）与主控模块（5）连接端相连接。


4.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忱，张越，曾仲毅，尹光，林思夏，
申请(专利权)人：南京微麦科斯电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32