[實用新型]利用VHF/UHF雷達(dá)站監(jiān)測河流流速參數(shù)的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820105162.1
• 申請日: 2008-05-05
• 公開（公告）號: CN201262647Y
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設(shè)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(dá)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(zé)任公司
• 代理人: 余 剛;尚志峰

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型總體上涉及雷達(dá)，更具體地，涉及用于利用VHF/UHF雷達(dá)站監(jiān)測河流流速(river?flow)參數(shù)的系統(tǒng)。

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(jì)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(dá)了對“非接觸”替換品的需求?，F(xiàn)在，獲取橫穿河流的速度分布圖(profile，分布)被認(rèn)為是對估計整個河流流量的過程所設(shè)置的一個可以接受的輸入數(shù)據(jù)。

高頻(HF)雷達(dá)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(dá)的長波長信號，當(dāng)高頻雷達(dá)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(yīng)用的微波雷達(dá)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(dá)以及遠(yuǎn)離雷達(dá)的那些半雷達(dá)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(dá)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(dá)近岸流(coastal?current)測繪雷達(dá)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(dá)的方位(bearing)。然而，觀測河流表面的HF雷達(dá)并不適合，因為與HF波長對應(yīng)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(dá)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(yīng)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(fù)雜的散射機制；這導(dǎo)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?？梢栽凇癕easurement?of?River?SurfaceCurrents?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(dá)的實例。

為了實現(xiàn)與微波雷達(dá)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(dāng)難以接受的。如今具有通用的緊湊天線的HF海流測繪雷達(dá)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(dá)系統(tǒng)。

“UHF?Surface?Current?Radar?Hardware?System?Design”Ma等人，IEEE?Microwave?and?Wireless?Components?Letters，Vol.15，No.12，pp.904-906，2005中描述了一個UHF河流速度監(jiān)測雷達(dá)的實例。這個系統(tǒng)在300MHz處工作，并且使用河岸上的八木(yagi)天線。然而，這個中國的系統(tǒng)具有兩個主要的限制。第一，八木天線具有很寬的波束寬度。當(dāng)在傳統(tǒng)配置下單獨使用時，它們產(chǎn)生具有嚴(yán)重降級的方位分辨率的速度分布圖或示意圖，從而會產(chǎn)生偏差。第二，該系統(tǒng)使用CW(連續(xù)波或非脈沖信號形式)，這會壓迫(stress)接收機的動態(tài)范圍。為了處理弱信號，Ma等人論述了對發(fā)送和接收獨立的多個天線的需求，在這些天線之間具有降低干擾的防護裝置(fence)。這對穩(wěn)健的工作構(gòu)成了嚴(yán)重的阻礙，因為他們的天線配置不再緊湊，且其不再是低成本的系統(tǒng)。

因此，為了實現(xiàn)UHF河流監(jiān)測雷達(dá)提供的多種有益效果，由此發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到了很多需要克服的障礙。本實用新型通過提供用于實時的河流速和流量監(jiān)測的節(jié)省成本的VHF/UHF系統(tǒng)，解決了這些以及其他問題。