专利名称：基于vhf/uhf便携式雷达河流流量监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达装置，特别是一种基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置。
背景技术：
众所周知，河流流量测量技术可分为接触式和非接触式测量两大类。近几年，非接触式测量已逐渐发展起来，与接触式测量技术相比，非接触式测量技术有测量速度快、保证水文测验技术人员安全、减少测量仪器的损失、安装更为便携等优势。但在测量精度和稳定性方面，接触式测量技术仍高出一筹。本发明提出了一种基于甚高频VHF/超高频UHF便携式雷达河流流量监测装置，即雷达河流流量监控系统，该系统利用VHF/UHF便携式雷达基站发射的无线电磁波信号来测量河流水面的流速，可提高目前河流流量测流精度，克服了传统接触式测流技术的测试难度大，测试条件受地理环境天气影响大等缺点。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有河流流量监测设备的上述不足，提出一种基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置。不但结构简单、可靠性高、轻巧便携易安装、易于集成、满足全天候工作要求，而且解决了现有接触式河流流量监测装置，测试精度低、测试难度大、测试条件受地理环境天气影响大等等问题。为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，该装置包括:
天线系统利用三个八木天线，并将天线架设在河岸上，将频率综合器提供的发射机激励信号通过中间一个天线以特定的波速宽度辐射向河面；三个接收机分别接收来自天线系统的回波信号分别送至接收机完成信号的变频与调理；频率综合器产生整个装置工作所需的各类时钟、参考及时序信号；信号处理器对接收机接收的中频信号进行数模变换，并完成数据的预处理，收据收发器完成对信号处理处数据的传输，实现远程系统监控及数据传输；数据处理器完成对回波数据的运算与处理，最终实现对河流流速的估计与运算，输出用户所需的水流信息及实时图表。本发明一种基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置由于使用了小巧的八木天线系统、超外差式去斜接收机、采用直接式数字频率合成技术的频率综合器、高速信号处理器、GPRS无线数据收发器、高性能数据处理器及全天候配电系统，大大提高了产品的集成度，降低了产品的体积、功耗及成本，因此，解决了传统接触式河流流量监测设备测试精度低、测试难度大、测试条件受地理环境天气影响大、测试数据快速共享利用难等问题，达到了测量精度高、结构简单、可靠性高、轻巧便携易安装等有益效果。本发明具有较强的先进性和实用性，可广泛应用于国内主要河流及水文站监测，具有较高的经济价值。
附图为本发明基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置系统框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。附图为本发明为一种基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置。如图的实施例所示，该装置包括:天线系统利用三个八木天线，并将天线架设在河岸上，将频率综合器提供的发射机激励信号通过中间一个天线以特定的波速宽度辐射向河面；三个接收机分别接收来自天线系统的回波信号分别送至接收机完成信号的变频与调理；频率综合器产生整个装置工作所需的各类时钟、参考及时序信号；信号处理器对接收机接收的中频信号进行数模变换，并完成数据的预处理，数据收发器完成对信号处理数据的传输，实现，实现远程系统监控及数据传输；数据处理器完成对回波数据的运算与处理，最终实现对河流流速的估计与运算，输出用户所需的水流信息及实时图表。本发明实施例中:天线系统包括三个八木天线，天线间隔半个波长组成一个天线阵列，其中天线I安装时位于中间，同时具有收发功能；天线2-3位于天线I的两边，天线相对于中间的天线有30°的夹角，天线1-3均具有接收功能，能接收河流表面反射回来的微弱回波信号。频率综合器采用直接式数字频率合成技术，利用高温晶振信号频率作为基准，产生系统所需的发射激励信号、接收机所需的各类本振信号及系统工作所需的各类相参同步时钟信号。信号处理器采用高性能数模采样技术，根据频率综合器提供的采样时钟及同步信号实现对接收机回波信号的数字化采样、频谱分析及预处理。数据收发器采用GPRS无线数据转发模块，实现对信号处理采样数据的远程高速传输，并可以接收数据处理器发送的远程控制命令，实现对雷达装置的远程控制。数据处理器接收信号处理预处理的回波数据，进行频谱分析，求解河面散射单元的频谱，创建多普勒谱，将频率域速度对应，计算波速范围内单点或多点的平均流速，绘制流量矢量图，进一步计算出被测河流流量。配电系统蓄电池及太阳能电池，可外接市电，用于产生系统工作所需的各类电源。配电系统采用锂电池供电，锂电池电能使用光伏太阳能进行提供。波形发生器采用DDS器件，根据信号处理提供的时序同步信号及控制信号，产生各种形式仿真信号，用于仿真不同距离、不同速度的目标。下面进一步对本发明实施例的工作过程进行描述:将该装置架设在距离河岸一定距离岸边，利用布拉格(Bragg)散射原理，可以精确的实现对河流或海峡的水流速度的估计，该装置可以测量河流上下游不同距离，波束范围内成千上万的点径向速度，通过主机计算汇出流量矢量图天线系统包括三个八木天线，其中一个天线收发共用，其他两个天线用于雷达回波信号接收；来自天线系统的回波信号分别送至接收机完成信号的变频与调理；频率综合器用于产生整个装置工作所需的各类时钟、参考及时序信号；信号处理器对接收机接收的中频信号进行数模变换，并完成数据的预处理，收据收发器完成对信号处理器数据的传输，实现远程系统监控及数据传输；数据处理器完成对回波数据的运算与处理，最终实现对河流流速的估计与运算，输出用户所需的水流信息及实时图表。综上所述，本发明由于使用了小巧的八木天线系统、超外差式去斜接收机、采用直接式数字频率合成技术的频率综合器、高速信号处理器、GPRS无线数据收发器、高性能数据处理器及全天候配电系统，大大提高了产品的集成度，降低了产品的体积、功耗及成本，因此，解决了传统接触式河流流量监测设备测试精度低、测试难度大、测试条件受地理环境天气影响大、测试数据快速共享利用难等问题，达到了测量精度高、结构简单、可靠性高、轻巧便携易安装等有益效果。本发明具有较强的先进性和实用性，可广泛应用于国内主要河流及水文站监测，具有较高的经济价值。
权利要求
1.一种基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，其特征在于，该装置包括:天线系统、接收机、频率综合器、信号处理器、数据收发器、数据处理器及配电系统；所述天线系统包括三个八木天线，其中一个天线收发共用，其他两个天线用于雷达回波信号接收；来自天线系统的回波信号分别送至接收机完成信号的变频与调理；频率综合器用于产生整个装置工作所需的各类时钟、参考及时序信号；信号处理器对接收机接收的中频信号进行数模变换，并完成数据的预处理，数据收发器完成对来自信号处理器数据的传输，实现远程系统监控及数据传输；数据处理器完成对回波数据的运算与处理，最终实现对河流流速的估计与运算，输出用户所需的水流信息及实时图表。
2.如权利要求1所述的基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，其特征在于:所述的天线系统包括三个八木天线，天线间隔半个波长组成一个天线阵列，其中天线I安装时位于中间，同时具有收发功能，能将频率综合器提供的激励信号放大辐射出去；天线2-3位于天线I的两边，分别相对于中间的天线I有30°的夹角，天线1-3均具有接收功能，能接收河流表面反射回来的微弱回波信号。
3.如权利要求1所述的基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，其特征在于:所述的频率综合器采用直接式数字频率合成技术，利用高温晶振信号频率作为基准，产生系统所需的发射激励信号、接收机所需的各类本振信号及系统工作所需的各类相参同步时钟信号。
4.如权利要求1所述的基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，其特征在于:所述的信号处理器采用高性能数模采样技术，根据频率综合器提供的采样时钟及同步信号实现对接收机回波信号的数字化采样、频谱分析及预处理。
5.如权利要求1所述的基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，其特征在于:所述的数据收发器采用GPRS无线数据转发模块，实现对信号处理器采样数据的远程高速传输，并可以接收数据处理器发送的远程控制命令，实现对雷达装置的远程控制。
6.如权利要求1所述的基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，其特征在于:所述的数据处理器接收信号处理器预处理的回波数据，进行频谱分析，求解河面散射单元的频谱，创建多普勒谱，将频率与速度对应，计算波速范围内单点或多点的平均流速，绘制流量矢量图，进一步计算出被测河流流量。
7.如权利要求1所述的基于VHF/UHF便携式雷达河流流量监测装置，其特征在于:所述的配电系统蓄电池及太阳能电池，可外接市电，用于产生系统工作所需的各类电源。
全文摘要
本发明公开了一种利用甚高频(VHF)/超高频(UHF)雷达监测河流或海峡的表面流速和流量的装置。将该装置架设在距离河岸一定距离岸边，利用布拉格(Bragg)散射原理，可以精确的实现对河流或海峡的水流速度的估计，该装置可以测量河流上下游不同距离，波束范围内成千上万的点径向速度，通过主机计算汇出流量矢量图，该装置可以全天候工作，具有成本低、体积小、重量轻和功耗低等特点，可以满足车载和便携式基站安装的需求。本发明解决了传统测流技术的测试难度大，测量精度低、测试条件受地理环境天气影响大等问题，具有测量精度高、结构简单、可靠性高、轻巧便携易安装等有益效果。
文档编号G01P5/00GK103162750SQ20131001102
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者孔凡志, 谢洪磊, 陆文斌, 王少刚 申请人:上海国越信息科技有限公司, 苏州国越信息科技有限公司