[发明专利]一种雷达流水计及其测量方法

说明书

一种雷达流水计及其测量方法。本发明通过排列有多个天线阵元的雷达主体向水面发射电磁波信号，并接收水面反射回来的电磁波信号，由信号处理单元对雷达主体所接收的水面反射回来的电磁波信号进行处理，根据发射和接收的所述电磁波信号计算出水流速度以及水位高度。由此，本发明能够利用单独设置在水体一侧的一个雷达流水计同时获得水体的流速和水位，相比现有方式，具有安装便利，安装角度限制较小，安装结构简单，整体成本更低，可用于各种常规和非常规环境的特点。

技术领域

本发明涉及微波测量技术领域，具体而言涉及一种雷达流水计及其测量方法。

背景技术

现有雷达水流计通常只能够单独的测量水流流速或单独的测量水面高度，为同时对水体的流速和水量进行检测，通常需要设置多个不同供能的测量装置，因而成本较高。

此外，传统的测水流水位的雷达一般安装在横杆上，该横杠通常需要水平的固定在河流的桥上或者将其一端通过深埋在河道堤岸边的立柱进行固定。测量时，需要保证水流计所设置的横杆能够水平伸到河面上方，使得该水流计中雷达所发射的雷达波束垂直的照射到水平面。这种安装结构实际使用中容易遇到各种环境限制，影响测量装置的安装效果，甚至无法安装测量装置，无法实现自动化的水体状态检测。尤其在河道没有桥梁或者河道斜坡过大等特殊情况下，由于河道斜坡过大时立柱无法固定，而原先用于固定测量装置的横杠又无法连接至挑梁上实现安装，因此，这种情况下通常只能通过人工方式进行测量。人工方式成本高并且测量误差较大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种雷达流水计及其测量方法，本发明通过单独设置在水体一侧的一个装置就能够同时获得水体的流速和水位信息，安装简便，并且具有较高的测量精度。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种雷达流水计，其包括：雷达主体，其正侧排列有多个天线阵元，用于向水面发射电磁波信号，并接收水面反射回来的电磁波信号；其背侧设置有金属隔板，所述金属隔板接地提供基准信号。信号处理单元，其与所述雷达主体相对，设置在所述金属隔板的另一侧，用于按照设定的时间间隔向所述雷达主体输出驱动信号驱动所述雷达主体向水面发射电磁波信号，还用于处理所述水面反射回来的电磁波信号，根据发射和接收的所述电磁波信号计算出水流速度以及水位高度。信号隔离罩，其包围所述信号处理单元，相对所述雷达主体设置在所述金属隔板的另一侧，隔离所述信号处理单元以外的电磁波干扰信号。安装固定座，其连接并固定在所述雷达主体的背侧，将所述雷达主体固定在水面以上。

可选的，上述的雷达流水计中，所述雷达主体包括：介质板，其中心位置设置有贯穿其正侧表面和背侧表面的导线过孔，以所述导线过孔为中心，所述介质板的正侧表面平行于其宽度方向设置有中心馈线，所述介质板的正侧表面垂直于所述中心馈线还对称的排列有多条长馈线。天线阵元，包括有多个，其沿所述长馈线均匀的排列在所述的介质板的正侧表面，各所述天线阵元的长度均为各所述天线阵元的宽度均为其中，λ表示所述雷达主体的工作波长，有效介电常数C₀表示光速，f_r表示雷达主体的工作频率，∈_r表示介质板的介电常数，d表示所述介质板的厚度。金属隔板，贴合所述介质板的背侧表面，为接地的金属板，所述金属板的中心位置设有空隙，供导线穿过所述导线过孔而不与所述金属板接触。

可选的，上述的雷达流水计中，所述长馈线上接近各所述天线阵元的位置，以及所述中心馈线上接近各所述长馈线的连接位置还分别设置有1/4阻抗变换结构，各所述1/4阻抗变换结构分别包括至少一个长度为1/4雷达主体的工作波长λ的台阶，所述1/4阻抗变换结构沿所述长馈线或所述中心馈线设置，所述台阶的宽度根据100欧姆匹配的要求设计，使得采用切比雪夫多项式系数通过各1/4阻抗变换结构对各所述天线阵元进行激励电流分配时，所述雷达主体整体的波瓣图中各个旁瓣的辐射强度均在设定范围以内，并且,其中所述雷达主体沿所述水流速度方向的波束范围大于垂直水流速度方向的波束范围。