[發(fā)明專利]利用VHF/UHF雷達站監(jiān)測河流流速參數(shù)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810095093.5
• 申請日: 2008-05-05
• 公開（公告）號: CN101504461A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設計）人: 唐納德·巴里克;卡爾文·蒂格;彼得·利勒博
• 申請（專利權(quán)）人: 科達海洋傳感器有限公司
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58;G01F1/00
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司
• 代理人: 余 剛;尚志峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及雷達，更具體地，涉及用于利用VHF/UHF 雷達站監(jiān)測河流流速(river?flow)參數(shù)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

河流流速(尤其是作為時間函數(shù)的經(jīng)過一點的體積流量 (volume?discharge))的監(jiān)測是一項可回溯至一個多世紀以前的、 建立的很完善的技術(shù)。目前，在美國有數(shù)千種正在使用的河流 (stream)測量系統(tǒng)。許多老百姓都依靠河流流量的可自由使用的 可用性用于農(nóng)業(yè)、洪水控制/監(jiān)測、船只作業(yè)等的決策。不幸地是， 傳統(tǒng)方法都具有使用置于水下的傳感器的缺點，因而它們的壽命是 有限的且維護費用昂貴。由此，已經(jīng)由包括美國地質(zhì)測量局、州級 機關(guān)等的很多機構(gòu)明確表達了對“非接觸”替換品的需求。現(xiàn)在， 獲取橫穿河流的速度分布圖(profile，分布)被認為是對估計整個 河流流量的過程所設置的一個可以接受的輸入數(shù)據(jù)。

高頻(HF)雷達已經(jīng)被廣泛用來測繪海洋表面上的水流。其部 分原因是因為高頻雷達的長波長信號，當高頻雷達的長波長信號由 主要的海面波散射時，會產(chǎn)生十分簡單的、穩(wěn)健的物理的和現(xiàn)象的 判讀(interpretation)，而這種判讀是不能通過使用更廣泛地應用的 微波雷達來得到的。水流或表面流模式(pattern)引起了來自布拉 格散射波(即，移向雷達以及遠離雷達的那些半雷達波長)的多普 勒頻移。已知的由波動引起的速度使得傳送布拉格波的水流引入了 額外的多普勒頻移，而前者可以基于后者的信息而被提取。觀測海 上的同一點的海岸上的兩個或多個雷達使得總的水平速度矢量被 構(gòu)造在從徑向線開始的每個圖面點處。美國專利第4,172,255號和 第5,361,072號描述了HF雷達近岸流(coastal?current)測繪雷達的 技術(shù)，而美國專利第5,990,834號描述了如何使用高度緊湊的天線 確定這些流測繪雷達的方位(bearing)。然而，觀測河流表面的HF 雷達并不適合，因為與HF波長對應的長布拉格波不存在于較小尺 寸的河流和水道上。

其波長跨越數(shù)厘米的微波雷達已經(jīng)被嘗試用于河流速度的分 布(profiling)。也可進行精確范圍測量的多普勒方案(version)具 有昂貴、并因此對于廣泛應用來說具有較小吸引力的缺點。另一個 缺點是由其非常短的波長造成的復雜的散射機制；這導致了水速度 提取的不精確，因為在海上的HF和在河上的超高頻(UHF)處工 作良好的簡單布拉格波散射關(guān)系是不可用的；故必須建立精確度較 低的經(jīng)驗法則。另一方面，利用它們的拋物面反射器天線形成窄波 束是一個容易理解的概念。可以在“Measurement?of?River?Surface Currents?with?Coherent?Microwave?System，”Plant等人，IEEE?Trans. Geoscience&Remote?Sensing，Vol.43，No.6，pp.1242-1257，2005中找 到一個使用用于河流監(jiān)測的微波雷達的實例。

為了實現(xiàn)與微波雷達擁有的UHF的窄波束寬度相同的窄波束 寬度，需要一個大小為數(shù)十米的天線。這從結(jié)構(gòu)尺寸和成本上都是 相當難以接受的。如今具有通用的緊湊天線的HF海流測繪雷達已 經(jīng)通過為了寬闊的視野(大到360°)而交換(trade)高的方向性 增益，避免了大尺寸的限制。美國專利第5,361,072號描述了由緊 湊的、共處一地的交叉環(huán)和單極天線所組成的測向雷達系統(tǒng)。