[发明专利]一种冰期河流流量测量雷达装置

说明书

本发明公开了一种冰期河流流量测量雷达装置，具体涉及河流流量测量技术领域。本发明包括天线单元、雷达综合机箱和系统远程主控计算机组成。本发明通过利用安装有单发双收的冰河雷达的雷达综合机箱、一个宽波束的发射天线和两个接收天线，可以实现对冰下河流流速的非接触式测量，避免了打冰孔带来的困难，通过对不同距离单元的冰河雷达回波进行信号处理，可实现冰下河流断面上不同距离上流速的测量，结合观测段的河流断面信息、河流水位信息，即可计算出冰下河流的流量数据。

技术领域

本发明涉及河流流量测量技术领域，具体涉及一种冰期河流流量测量雷达装置。

背景技术

河流的实时流量是水文、水资源管理以及水利工程中最重要的资料。对于未结冰的河道流量测验有多种方法，例如缆道、ADCP、侧扫雷达等。但是对于已经结冰的河道进行流量测验则较困难。我国北方有上万条河流在冬季被冰封，因此如何测量冰期的河流流量成为水文部门的一个难题。

《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）中给出冰期流量测验的方法，主要是流速仪法和声学多普勒法。这两种方法都需要凿冰孔，并将碎冰和冰花排除后，才能进行测流工作。一条河流需要凿出多个冰孔才能满足流量测验要求。工作量大，操作困难，费时耗力。冰上凿孔后就将冰下气层与大气相通，改变了冰下气压，也就改变了冰下流态。冰孔能保持的时间很短，因此要反复凿冰孔来进行流量测验。

而对于冰下流速测量，有多种因素影响冰下水流，一般需要考虑的有：冰厚、冰下水位、河流断面、冰下流速、冰下水面气压、冰的形式（表面冰、针冰、锚状冰），目前国际上已有的探地雷达能够完成冰厚、冰下水位、河流断面的测量，但都不能完成冰期河流流速的测量。而冰下河流流量随着不同的气象条件变化较快，这就需要在不同的气象条件下对冰下流速进行多次测量，才能准确把握冰下河流的相关信息，实现难度较大。目前国际上已有的探地雷达能够完成冰厚、冰下水位、河流断面的测量。利用雷达技术进行冰下流量测验，是一种很好的方法，能有效解决上述难题。目前国内外均未有相关研究，对于在河流结冰期可用于冰下流速测量的雷达未见报道。而且传统冰下河流测量需要凿冰孔，并将碎冰和冰花排除后，才能进行测流工作，该种测量方法工作量大，操作困难，具有费时耗力、测量成本高、实时性差等缺点。

发明内容

为此，本发明提供一种冰期河流流量测量雷达装置，通过利用安装有单发双收的冰河雷达的雷达综合机箱、一个宽波束的发射天线和两个接收天线，可以实现对冰下河流流速的非接触式测量，避免了打冰孔带来的困难，通过对不同距离单元的冰河雷达回波进行信号处理，可实现冰下河流断面上不同距离上流速的测量，结合观测段的河流断面信息、河流水位信息，即可计算出冰下河流的流量数据，以解决现有技术中由于凿冰测量导致的工作量大、操作困难、费时耗力、测量成本高、实时性差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冰期河流流量测量雷达装置，设备工作在UHF波段，采用步进频连续波技术解决现有冰期河流流量测量的难题。本发明包括天线单元、雷达综合机箱和系统远程主控计算机组成，所述天线单元包括雷达天线罩、一个发射天线模块、两个接收天线模块，用于实现雷达信号的发射和接收；所述雷达综合机箱包括信号生成单元、功率放大单元、回波信号接收单元、信号处理单元、数据处理单元、对外通讯模块以及设备供电电源模块，用于完成整个系统的信号控制、雷达信号处理、数据处理等相关工作；所述系统远程主控计算机包括控制计算机和运行于主控计算机的冰期河流测量雷达系统主控软件，用于实现系统工作的整体控制和显示。

本发明包括主控模块，所述主控模块连接端设有综合模块，所述综合模块输出满足功率要求的步进频辐射信号，综合模块辐射信号输出端设有发射模块，所述综合模块输入端设有接收模块一、接收模块二和供电模块；

所述主控模块用于根据系统工作参数要求，向综合模块下发对应的控制参数，生成对应的发射信号，并且用于处理通过综合模块接收到的信号；