[發(fā)明專利]水浮植物雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810218324.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN108445483B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳俊;賀立新;雷彬;董萬(wàn)均;董波;凌小佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都錦江電子系統(tǒng)工程有限公司;水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S13/58;G01S7/35;G01S7/41;G01S7/02;G01S7/03
• 代理公司: 成都立新致創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51277
• 代理人: 譚德兵

1.水浮植物雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)，該雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)由天線系統(tǒng)、射頻微波系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和終端顯示系統(tǒng)組成，其特征在于：

所述天線系統(tǒng)由發(fā)射天線和接收天線組成，雷達(dá)產(chǎn)生點(diǎn)頻連續(xù)波和線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，其中點(diǎn)頻信號(hào)僅用于水面漂浮物的速度測(cè)量，線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)實(shí)現(xiàn)水面漂浮物的面積測(cè)量，所述信號(hào)經(jīng)由發(fā)射天線輻射出去，信號(hào)經(jīng)水生植物反射后進(jìn)入接收天線；

所述射頻微波系統(tǒng)由接收前端、數(shù)據(jù)采集模塊、頻率合成組件三部分組成，經(jīng)水生植物反射后的信號(hào)接入接收前端，經(jīng)三級(jí)混頻器處理后經(jīng)濾波放大器、數(shù)控衰減器、低通濾波器輸出；數(shù)據(jù)采集模塊由反混疊濾波器、ADC、FPGA和以太網(wǎng)傳輸模塊組成，用于實(shí)現(xiàn)中頻信號(hào)數(shù)字化，頻率合成組件由時(shí)鐘參考電路、波形產(chǎn)生電路、發(fā)射通道、接口控制電路組成，用于提高接收前端所需的本振信號(hào)、數(shù)據(jù)采集模塊所需的同步時(shí)鐘信號(hào)以及線性調(diào)頻的激勵(lì)信號(hào)；

數(shù)據(jù)處理和終端顯示系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理模塊和終端顯示模塊構(gòu)成，完成水浮植物各信息的在線實(shí)時(shí)測(cè)算和顯示；

所述天線系統(tǒng)采用收發(fā)分置的平面陣列天線體制，天線形成水平窄波瓣，垂直寬波瓣的方向圖特性；

對(duì)于M×N相同天線單元組成的平面陣列天線方向圖為：

式中：dx—沿x軸輻射單元間距；

Dy—沿y軸輻射單元間距；

K—；

M—沿x軸方向輻射單元個(gè)數(shù)；

N—沿y軸方向輻射單元個(gè)數(shù)；

—輻射單元方向圖；

—單元陣列天線口徑幅度分布函數(shù)；

—單元陣列天線口徑相位分布函數(shù)；

當(dāng)，時(shí)，即，分別為平面陣列天線的水平方向圖和垂直方向圖；

所述數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)目標(biāo)面積計(jì)算如下：河寬按50米計(jì)算，按距離分辨單元0.6米劃分，方位波速寬度1°，則方位波束內(nèi)最遠(yuǎn)處距離約0.8米；其計(jì)算公式如下：

R=河寬；

θ=方位波束寬度；

則不同距離處，方位波束覆蓋的方位向?qū)挾?2Rtan（θ/2）；

S21：目標(biāo)面積較小

當(dāng)目標(biāo)的面積小于等于一個(gè)距離分辨單元的面積時(shí)，此時(shí)測(cè)出的回波強(qiáng)度是變化較陡的鐘型曲線，此時(shí)測(cè)出的水流同向的時(shí)間維目標(biāo)長(zhǎng)度為：

其中：2代表測(cè)量時(shí)間間隔2秒，代表每個(gè)測(cè)量時(shí)間間隔求出的水流速度=水浮植物測(cè)量速度/sinθ，代表連續(xù)出現(xiàn)目標(biāo)的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)，是一個(gè)固定值，指截面維不同距離單元點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的方位波束寬度內(nèi)的橫向距離；

根據(jù)目標(biāo)出現(xiàn)的距離單元，即可求出目標(biāo)截面維的長(zhǎng)度=測(cè)量截面維長(zhǎng)度* cosθ；

則面積：

S22：目標(biāo)面積較大

將時(shí)間和距離單元都連續(xù)出現(xiàn)的目標(biāo)作為一個(gè)大目標(biāo)，此時(shí)測(cè)出的回波強(qiáng)度變化類似帶通濾波器，兩邊變化較陡，中間是較平緩的，則與水流同向的時(shí)間維目標(biāo)長(zhǎng)度為：

其中：2代表測(cè)量時(shí)間間隔2秒，代表每個(gè)測(cè)量時(shí)間間隔求出的水流速度;

根據(jù)目標(biāo)出現(xiàn)的距離單元，即可求出目標(biāo)距離維的長(zhǎng)度=測(cè)量截面維長(zhǎng)度* cosθ，如果測(cè)的目標(biāo)截面維距離單元不連續(xù)，則N指測(cè)出截面維有水浮植物的距離單元個(gè)數(shù)；

則每個(gè)時(shí)間間隔測(cè)出的水浮植物面積為：

則目標(biāo)面積為：

代表連續(xù)出現(xiàn)目標(biāo)的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)，指目標(biāo)截面維不同距離單元點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的方位波束寬度內(nèi)的橫向距離的最大值，指當(dāng)前目標(biāo)最后一次檢測(cè)速度，指面積重復(fù)計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)，指通過(guò)波束寬度內(nèi)的水浮植物的重復(fù)計(jì)算面積，每半個(gè)小時(shí)給出流經(jīng)測(cè)量截面的一個(gè)總面積并保存結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水浮植物雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述平面陣列天線體制是波導(dǎo)平面陣列天線，采用子陣分塊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，其工作頻率為K波段，f0±150MHz，f0取24GHz。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水浮植物雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述天線增益≥30dB，波瓣寬度水平≤1°，垂直≤5°，水平、垂直副瓣電平≤-20dB；駐波要求VSWR≤1.6，極化方式為垂直極化，收發(fā)天線隔離度≥80dB；波束指向偏差在頻帶內(nèi)電軸指向偏差滿足≤0.2°。