[发明专利]一种非接触式水文多相态测量一体化雷达系统

说明书

本发明公开了一种非接触式水文多相态测量一体化雷达系统，包括雷达主机单元、收发单元和地面控制端单元，其中：所述雷达主机单元用于完成双路雷达回波信号的采集、处理和传输，还包括时基控制、高压快脉冲形成和电源控制功能，且所述雷达主机单元包括ARM控制模块、数字控制模块、通信电路模块、电源管理模块；所述收发单元用于对水文相态的要素进行测量，包括双频天线模块、发射机模块和接收机模块，并固定在屏蔽体内作为一个整体；所述地面控制站单元用于接收和显示接收到的数据，包括计算机。通过本发明实现无人化平台搭载对冰厚和水深进行远程、非接触式实时测量，为水上作业提供精确的水文探测信息，具有广阔的市场应用前景与经济价值。

技术领域

本发明涉及水文测量的无人机载雷达的技术领域，尤其涉及一种非接触式水文多相态测量一体化雷达系统。

背景技术

寒冷地区的水面冬季结冰是一种普遍的物理现象,冰面可以作为重要的交通运输备辅通道，还可以为抢险救灾提供运输路径，为渔民提供冬季捕鱼手段。但如若事先不知道不同位置的冰层厚度和冰层承载量，冰冻在给人带来便利的同时又时刻潜伏着危机,如正常行驶在冰面上的车辆会因突然出现冰面爆裂而掉入江河中,渔民和冰上娱乐行人亦会掉入冰下，给人民群众的生命财产带来安全威胁和社会影响。

目前研究最为火热的探冰雷达是贴地探测雷达，1960年代,由英国剑桥大学斯科特极地研究中心开发研制的SPRIMARK I是最早的专门用于冰层厚度探测的雷达系统。随后，丹麦技术大学(TD)、英国南极局(BAS)和美国军事电子实验室(USAEL)等单位也有所研究，这些探冰雷达均为段脉冲型,体型比较大,搭载的平台有飞机、汽车等,工作频率较低,主要集中在30～600MHz,用于对格陵兰和南极的海面浮冰、冰川和冰盖的厚度及冰下地形进行探测。2001年,NASA和NSF联合资助堪萨斯大学研制了宽带冰厚探测相干雷达(WCORDS)系统和多频带多基合成孔径雷达系统,分别用于冰厚和浅层冰盖、冰层内部的高分辨率探测以及冰层及冰下环境的二维精确探测。2008年,堪萨斯大学又研制了多通道深部探测雷达(MCRDS)，对东南极内陆Dome A区域进行了大范围的航空探测。国外除了用于探测极地冰盖的大型雷达外,用于海冰探测的小型雷达也有非常深入的研究。相应的研制了专用于冰封期和消融期湖冰海冰的C波段SAR雷达、X波段SAR雷达以及Ku波段散射计。

我国在上世纪80年代探冰雷达技术研究取得了重大的突破，国家海洋局为了对辽东湾进行近海薄冰进行观测,在其东岸鱿鱼圈太子山上搭建了我国首座岸基地面雷达观测站,实时为预报部门提供雷达海冰检测信息,预报海冰流动、增长消融等情况。大连海事大学成功研制了国内首台雷达冰厚仪,这台仪器的出现及时地解决了海上作业工程的海面薄冰厚度和其它海冰关键参数的监测问题。2000年以来中国海洋石油公司天津分公司与大连海事大学合作,率先在国内开展了渤海海湾冰区石油平台对外输送油轮航道上海冰的监测、预报工作。

水文观测领域多采用多普勒雷达和声波雷达进行江湖海水水深的测量工作,此两型雷达在进行水深探测时需要将其放置于水中也即需要与水进行接触探测,都无法直接在结冰后的冰面上穿透冰层进行水深的探测。因此，目前直接通过冰层进行冰下水深的探测工作国内外开展相关研究工作较少，并且还没有集水深和冰厚同时测量功能于一体的非接触式雷达系统。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种非接触式水文多相态测量一体化雷达系统，该系统能够利用双频天线对水深和冰厚两种要素同时进行测量，并且可以搭载于无人机等机动运输平台上，实现对水文状态的非接触式、安全、机动灵活的测量。