[發明專利]一種X波段高分辨率河流雷達裝置

在審

• 申請號: 202010982326.4
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112034453A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 李忱;張越;林思夏;曾仲毅;胡向霞
• 申請（專利權）人: 南京微麥科斯電子科技有限責任公司
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/58;G01S7/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一種X波段高分辨率河流雷達裝置，涉及大氣科學領域，包括X波段裂縫天線陣、天線罩、收發模塊、綜合處理模塊、通訊模塊及電源模塊；X波段裂縫天線陣、收發模塊、綜合處理模塊、通訊模塊及電源模塊均安裝在天線罩內，收發模塊、綜合處理模塊通過饋線電纜與X波段裂縫天線陣相連。本發明的有益效果是，采用非接觸式測流技術，雷達固定多波束照射，無需機械運動，直接掃描水面，獲取河流表面的斷面速度，采用一體化設計技術，整個雷達封閉在一個天線罩內，結構簡單，可靠性高，維護容易，采用脈沖多普勒技術及脈沖壓縮技術，兼容調頻中斷連續波體制，既保證最大探測距離，又保證高距離分辨率，實現河流表面速度的測量。

技術領域

本發明涉及大氣科學領域，尤其涉及一種工作在X波段采用脈沖多普勒技 術及調頻中斷連續波脈沖壓縮技術的X波段高分辨率河流雷達裝置。

背景技術

河流的實時流量是水文、水資源管理以及水利工程中最重要的資料，是“智 慧水文”建設中一個重要內容。我國的大多數河流的寬度在200m以下，寬度在 100m以下的河流超過10萬條。這些河流與人民生活密切相關，因此對這些河流 的監測是水文水利工作的重點任務。

目前對河寬200m以下的流速流量監測主要采用纜道、ADCP、時差法、浮標 法等，這些方法測得的結果較為精確，但是存在測量儀器直接與河水接觸，儀 器的安置和維護成本很高。采用雷達進行非接觸式測量則是近年來發展出來的 一種新手段。美國Codar公司研制的RiverSonde工作在超高頻波段，安裝在河 岸上完成河流表面流場測量，在河流水文觀測中取得了較好的結果。武漢大學 開發了超高頻雷達系統(專利號：201520806406.9)，在湯遜湖、漢江、中 國東海沿海等地做了驗證性實驗；該系統工作頻段在340MHz，距離分辨率10米， 最大可測流速為4.1m/s，最大可探測距離為5km。武漢大學的另一項專利(CN205608179U)“一種用于水文監測的雙站式超高頻雷達系統”則采用兩個雷達 完成河流表面流速測量。上海航征公司開發了雷達電波流速儀(專利號：CN 107044875B)，采用組陣測量的方法完成河流表面流速流量測量。

武漢大學開發超高頻雷達由于工作頻率低，適用于大江大河(河寬200m以 上)。上海航征公司開發的雷達電波流速儀存在安裝復雜，受天氣影響大的不 足。

發明內容

本發明專利的目的是針對水文測量要求，提出一種基于脈沖壓縮技術的高 分辨率河流測量雷達，它可以應用在河寬200m以內、最小河寬可到10m的河流 表面流速測量。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供的技術方案是：一種X波段 高分辨率河流雷達裝置，包括X波段裂縫天線陣、天線罩、收發模塊、綜合處 理模塊、通訊模塊及電源模塊；X波段裂縫天線陣、收發模塊、綜合處理模塊、 通訊模塊及電源模塊均安裝在天線罩內，收發模塊、綜合處理模塊通過饋線電 纜與X波段裂縫天線陣相連；

收發模塊包括發射單元、接收單元以及信號產生單元；信號產生單元由數 據處理單元控制，產生具有一定重復周期的窄脈沖信號或寬脈沖調頻連續波信 號；發射單元包括功率放大器，將信號產生單元輸出的信號放大后輸出到發射 天線；

綜合處理模塊由信號處理單元和數據處理單元組成，接收信號輸入到信號 處理單元，在信號處理單元中完成A/D采樣，進行數字正交處理，得到IQ信號， 對此信號進行脈沖壓縮，實現距離上的高精度分辨率，再進行加窗FFT計算、 雜波抑制、非相干積累，得到功率譜；然后將功率譜送入數據處理單元，采用 小波分析算法，得到河流表面徑向速度數據；再利用最小二乘法擬合算法，得 到河流斷面的平均流速；

通訊模塊用于完成雙向傳輸數據，將河流表面速度數據發送到指定地點， 并接收命令；

電源模塊用于接入市電或者其他電源，轉換成雷達各部分需要的電源電壓。

優選地，X波段裂縫天線陣由2根波導裂縫天線組成，2根波導裂縫天線交 叉放置在天線罩內，且2根波導裂縫天線的夾角為120°。