一种双向测流的侧扫多普勒雷达流速仪制造技术

本申请公开了一种双向测流的侧扫多普勒雷达流速仪，涉及水文技术领域，该侧扫多普勒雷达流速仪悬挂安装在水域岸边的支架上，向水域的表面不同位置发射两个电磁波波束并接收回波得到两个流速分量，并将两个流速分量投影到水面得到两个水面投影流速后基于卡尔曼跟踪算法进行滤波处理，对滤波处理后的两个水面投影流速进行矢量合成得到水域的流速测量结果。该侧扫多普勒雷达流速仪通过获取水域的水面上两个不同方向的水面投影流速进行合成，即便水域中的水流方向发生变化也能准确快速的得到流速测量结果，本申请结合卡尔曼跟踪算法进行滤波处理，可以降低天气等外界因素带来的误差，提高测量精度。提高测量精度。提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种双向测流的侧扫多普勒雷达流速仪


[0001]本申请涉及水文
，尤其是一种双向测流的侧扫多普勒雷达流速仪。

技术介绍

[0002]非接触式的多普勒雷达流速仪通过计算接收回波信号与发射电磁波信号的频率差值，基于多普勒原理可以得到液面流速，从而实现流速测量。多普勒雷达流速仪的操作简单，可在远端进行控制及通信，同时不受泥沙及污水腐蚀影响，使用寿命长，维护成本低，近年来已被广泛应用于水文水利等领域。
[0003]目前在使用多普勒雷达流速仪时，一般要求多普勒雷达流速仪要安装在水渠、河道、水库、湖泊等水域的中心线位置处，且要顺着水流方向发射脉冲并采集回波信号，才能实现流速测量的效果。但是实际应用环境比较复杂，受风向等其它因素影响，多普勒雷达流速仪安装好以后的工作过程中，水域中的水流方向并不固定，当水流方向发生变化时，多普勒雷达流速仪发射的脉冲不再顺着水流方向，就会导致测得的流速不准确。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种双向测流的侧扫多普勒雷达流速仪，本申请的技术方案如下：
[0005]一种双向测流的侧扫多普勒雷达流速仪，该侧扫多普勒雷达流速仪悬挂安装在水域岸边的支架上，侧扫多普勒雷达流速仪执行的流速测量方法包括：
[0006]按照俯角α向水域的表面不同位置发射两个电磁波波束，并分别接收两个电磁波波束经水面反射后返回的回波信号；
[0007]基于多普勒原理根据两个回波信号分别计算得到的两个流速分量，并将两个流速分量按照俯角α投影到水面得到两个水面投影流速；
[0008]基于卡尔曼跟踪算法对两个水面投影流速进行滤波处理；
[0009]对滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
进行矢量合成得到水域的流速测量结果。
[0010]其进一步的技术方案为，侧扫多普勒雷达流速仪在基于卡尔曼跟踪算法对两个流速分量进行滤波处理时：
[0011]对于每个流速分量，基于流速分量的当前时刻的测量值、前一时刻的预测值和前一时刻的测量值更新卡尔曼跟踪算法的系统噪声的协方差和测量噪声的协方差，并利用更新后的卡尔曼跟踪算法对流速分量的当前时刻的测量值进行滤波处理。
[0012]其进一步的技术方案为，更新系统噪声的协方差和测量噪声的协方差的方法包括按照下列公式更新：
[0013][0014]其中，R(k)是更新后的测量噪声的协方差，Q(k)是更新后的系统噪声的协方差，R
(k
‑
1)是更新前的测量噪声的协方差，Q(k
‑
1)是更新前的系统噪声的协方差；λ是补偿量权值；X(k)是流速分量的当前时刻的测量值，X(k
‑
1)是流速分量的前一时刻的测量值，X
′
(k
‑
1)是流速分量的前一时刻的预测值。
[0015]其进一步的技术方案为，对滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
进行矢量合成得到水域的流速测量结果的方法包括：
[0016]根据滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
的流动速率以及方向，通过矢量合成得到水域中水流的流动速率V
r
和流动方向，得到流速测量结果；其中，水域中水流的流动速率为β是根据滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
的方向确定的两个水面投影流速之间的夹角。
[0017]其进一步的技术方案为，两个水面投影流速之间的夹角β为：
[0018]当两个水面投影流速均沿着水流正方向或者均沿着水流负方向时，确定β＝|γ1‑
γ2|；
[0019]当两个水面投影流速中一个沿着水流正方向、另一个沿着水流负方向，且两个水面投影流速与零度角方向的夹角之和超过180
°
时，确定β＝360
°‑
γ1‑
γ2；
[0020]当两个水面投影流速中一个沿着水流正方向、另一个沿着水流负方向，且两个水面投影流速与零度角方向的夹角之和未超过180
°
时，确定β＝γ1+γ2；
[0021]其中，γ1是水面投影流速V
1p
与零度角方向的夹角，γ2是水面投影流速V
2p
与零度角方向的夹角，水流正方向从侧扫多普勒雷达流速仪所在一侧的岸边指向对向的另一侧岸边，水流负方向从对向的另一侧岸边指向侧扫多普勒雷达流速仪所在一侧的岸边；零度角方向平行于侧扫多普勒雷达流速仪所在位置的岸边。
[0022]其进一步的技术方案为，得到水域中水流的流动方向的方法包括：
[0023]当两个水面投影流速的方向均沿着水流正方向时，确定水域中水流的流动方向沿着水流正方向且与零度角方向的夹角为θ＝γ
min
+φ；当两个水面投影流速的方向均沿着水流负方向时，确定水域中水流的流动方向沿着水流负方向且与零度角方向的夹角为θ＝γ
min
+φ；其中，+φ；其中，表示两个水面投影流速中与零度角方向的夹角较小的一个水面投影流速，γ
min
表示与零度角方向的夹角；表示两个水面投影流速中与零度角方向的夹角较大的一个水面投影流速，γ
max
表示与零度角方向的夹角；
[0024]当两个水面投影流速中一个沿着水流正方向、另一个沿着水流负方向，且两个水面投影流速与零度角方向的夹角之和超过180
°
时：当γ
p
+ψ≤180
°
时确定水域中水流沿着水流正方向且与零度角方向的夹角为θ＝γ
p
+ψ；当γ
p
+ψ>180
°
时确定水域中水流沿着水流负方向且与零度角方向的夹角为θ＝360
°‑
(γ
p
+ψ)；
[0025]当两个水面投影流速中一个沿着水流正方向、另一个沿着水流负方向，且两个水面投影流速与零度角方向的夹角之和未超过180
°
时：当γ
p
‑
ψ≥0
°
时确定水域中水流沿着
水流正方向且与零度角方向的夹角为θ＝γ
p
‑
ζ；当γ
p
‑
ψ<0
°
时确定水域中水流沿着水流负方向且与零度角方向的夹角为θ＝ζ
‑
γ
p
；
[0026]其中，其中，是两个水面投影流速中沿着水流正方向的水面投影流速，γ
p
是与零度角方向的夹角；是两个水面投影流速中沿着水流负方向的水面投影流速，γ
n
是与零度角方向的夹角；
[0027]其中，水流正方向从侧扫多普勒雷达流速仪所在一侧的岸边指向对向的另一侧岸边，水流负方向从对向的另一侧岸边指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向测流的侧扫多普勒雷达流速仪，其特征在于，所述侧扫多普勒雷达流速仪悬挂安装在水域岸边的支架上，所述侧扫多普勒雷达流速仪执行的流速测量方法包括：按照俯角α向水域的表面不同位置发射两个电磁波波束，并分别接收两个电磁波波束经水面反射后返回的回波信号；基于多普勒原理根据两个回波信号分别计算得到的两个流速分量，并将两个流速分量按照俯角α投影到水面得到两个水面投影流速；基于卡尔曼跟踪算法对两个水面投影流速进行滤波处理；对滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
进行矢量合成得到水域的流速测量结果。2.根据权利要求1所述的侧扫多普勒雷达流速仪，其特征在于，所述侧扫多普勒雷达流速仪在基于卡尔曼跟踪算法对两个流速分量进行滤波处理时：对于每个流速分量，基于流速分量的当前时刻的测量值、前一时刻的预测值和前一时刻的测量值更新卡尔曼跟踪算法的系统噪声的协方差和测量噪声的协方差，并利用更新后的卡尔曼跟踪算法对流速分量的当前时刻的测量值进行滤波处理。3.根据权利要求2所述的侧扫多普勒雷达流速仪，其特征在于，更新系统噪声的协方差和测量噪声的协方差的方法包括按照下列公式更新：其中，R(k)是更新后的测量噪声的协方差，Q(k)是更新后的系统噪声的协方差，R(k
‑
1)是更新前的测量噪声的协方差，Q(k
‑
1)是更新前的系统噪声的协方差；λ是补偿量权值；X(k)是流速分量的当前时刻的测量值，X(k
‑
1)是流速分量的前一时刻的测量值，X
′
(k
‑
1)是流速分量的前一时刻的预测值。4.根据权利要求1所述的侧扫多普勒雷达流速仪，其特征在于，对滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
进行矢量合成得到水域的流速测量结果的方法包括：根据滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
的流动速率以及方向，通过矢量合成得到水域中水流的流动速率V
r
和流动方向，得到流速测量结果；其中，水域中水流的流动速率为β是根据滤波处理后的两个水面投影流速V
1p
和V
2p
的方向确定的两个水面投影流速之间的夹角。5.根据权利要求4所述的侧扫多普勒雷达流速仪，其特征在于，两个水面投影流速之间的夹角β为：当两个水面投影流速均沿着水流正方向或者均沿着水流负方向时，确定β＝|γ1‑
γ2|；当两个水面投影流速中一个沿着水流正方向、另一个沿着水流负方向，且两个水面投影流速与零度角方向的夹角之和超过180
°
时，确定β＝360
°‑
γ1‑
γ2；当两个水面投影流速中一个沿着水流正方向、另一个沿着水流负方向，且两个水面投影流速与零度角方向的夹角之和未超过180
°
时，确定β＝γ1+γ2；其中，γ1是水面投影流速V
1p
与零度角方向的夹角，γ2是水面投影流速V
2p
与零度角方向的夹角，水流正方向从所述侧扫多普勒雷达流速仪所在一侧的岸边指向对向的另一侧岸
边，水流负方向从对向的另一侧岸边指向所述侧扫多普勒雷达流速仪所在一侧的岸边；零度角方向平行于所述侧扫多普勒雷达流速仪所在位置的岸边。6.根据权利要求4所述的侧扫多普勒雷达流速仪，其特征在于，得到水域中水流的流动方向的方法包括：当两个水面投影流速的方向均沿着水流正方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：许辉，王星，
申请(专利权)人：智驰华芯无锡传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：