一种双天线雷达流速仪制造技术

本发明专利技术涉及一种双天线雷达流速仪，平面收发雷达一和平面收发雷达二发射的雷达波指向需测量的流体表面并位于与水平面垂直的竖直平面内，所述的竖直平面与需测量的流体的水平流速方向平行，设需测量的流体的水平流速为Vx，平面收发雷达一发射的雷达波与水平面的夹角为α，平面收发雷达二发射的雷达波与水平面的夹角为β，平面收发雷达一测到的多普勒速度为v1，平面收发雷达二测到的多普勒速度为v2，则可得需测量的流体的水平流速Vx，见下式(III)，本发明专利技术的双天线雷达流速仪通过测量两个雷达发射方向上目标的综合流速并计算径向流速，能够实现对复杂流体流速的准确测量。复杂流体流速的准确测量。复杂流体流速的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种双天线雷达流速仪


[0001]本专利技术属于水流测速设备
，具体涉及一种双天线雷达流速仪。

技术介绍

[0002]雷达流速仪是一种专为水文监测、江河流量监测、农业灌溉、市政给排水、工业污水等行业对水体表面流速进行非接触式测量的专业仪表。随着近些年国内厂家在微波电子领域逐渐突破受国外垄断的技术壁垒，该类仪表因其非接触、易于安装、便于维护、测量快捷等优点，已经逐渐在国内上述行业推广应用；国内厂家也陆续研发推出了用于水体表面流速测量的雷达流速仪。
[0003]现有技术中的雷达流速仪主要利用水浪对雷达电磁波的后向布拉格散射及多普勒效应获得径向流速信息。通常使用一个毫米波雷达天线，以一定的倾斜角度照射到被测流速对应的水面，雷达天线通过发收，通过流速的回波信号在沿着雷达波波束方向的矢量分量特征来识别流速的大小，如附图1所示，即识别出沿雷达流速仪的雷达1
’
发射接收波束方向的流速Vs大小，通过已知的倾斜角度，换算出水流沿径向的速度值Vx。不过，这种雷达流速仪容易受到垂直方向水波波动尤其是刮风引起的波纹影响，导致的虚假流速值。其原因是这个流速通常会受到水面上下波动的纵向速度Vy在雷达发射方向的分量的影响，尤其是当Vx较小的时候，因为刮风引起的纵向上下波动速度Vy会导致Vs方向出现虚假速度信号。最典型的情况就是当水面静止时，刮风引起水面波纹，水面上下波动的Vy在雷达发射方向上的分量，引起雷达流速仪测量误报。虽然这一缺陷可以通过一定的硬件设计和软件算法进行弥补，但因实际工况和现场环境复杂，在实际应用中测量准确度大为降低。现有技术中还有采用相控阵雷达(PAR)进行流速测量的技术方案，但是这样的技术方案只是为了更方便地改变扫描波束方向，以提升对复杂目标环境的适应能力，还是无法解决波浪干扰的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种双天线雷达流速仪，采用两个照射角度不同的平面雷达阵列天线，通过测量两个雷达发射方向上目标的综合流速并计算径向流速，实现对复杂流体流速的准确测量，尤其是因为风速引起水面波动情况下的流速测量。
[0005]本专利技术的具体技术方案是一种双天线雷达流速仪，包括平面收发雷达一和平面收发雷达二，其特征在于，所述的平面收发雷达一和平面收发雷达二发射的雷达波指向需测量的流体表面并位于与水平面垂直的竖直平面内，所述的竖直平面与需测量的流体的水平流速方向平行，设需测量的流体的水平流速为Vx，平面收发雷达一发射的雷达波与水平面的夹角为α，平面收发雷达二发射的雷达波与水平面的夹角为β，平面收发雷达一测到的多普勒速度为v1，平面收发雷达二测到的多普勒速度为v2，则可得需量的流体的水平流速Vx，见下式(III)，
[0006][0007]更进一步地，所述的平面收发雷达一和平面收发雷达二分别采用不同频段的雷达频率，两个雷达的频段相差100M以上。
[0008]更进一步地，还包括鉴频器，通过所述的鉴频器筛选出平面收发雷达一和平面收发雷达二各自的雷达中频信号。
[0009]更进一步地，所述的平面收发雷达一和平面收发雷达二的发射天线在安装固定时，会精确控制二个发射天线发射的雷达信号和水平流速之间的夹角α和β，以精确得到二个发射天线之间的夹角
[0010]更进一步地，所述的所述的平面收发雷达一和平面收发雷达二的发射天线并排呈夹角或首尾相接呈夹角
[0011]本专利技术的有益效果是1)本专利技术的双天线雷达流速仪采用两个平面雷达阵列天线，以不同俯仰角角度照射待测流速的水体目标，分别获取各自雷达发射方向上目标的综合流速，该综合流速分别为纵向波动速度和径向流速在各自雷达发射方向上的分量的矢量和，就可以准确计算出纵向波动速度和径向水流流速；2)两个平面雷达阵列天线的工作频率相差100M以上，在在雷达流速仪的整个测量频段内，不会产生波长干扰。
附图说明
[0012]图1为现有技术中的雷达流速仪测量原理图；
[0013]图2为本专利技术的双天线雷达流速仪测量原理图；
[0014]图3为本专利技术的双天线雷达流速仪的天线并排设置示意图；
[0015]图4为本专利技术的双天线雷达流速仪的天线首尾相接设置示意图；
[0016]图5为本专利技术的双天线雷达流速仪的系统示意图；
[0017]其中，
[0018]现有技术的雷达1
’
，流体0，平面收发雷达一11，平面收发雷达二21，信号处理单元一12，信号处理单元二22，数据采集分析单元3，算法拟合单元4，结果显示单元5。
具体实施方式
[0019]下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步地描述。
[0020]如附图2所示，本专利技术的一种双天线雷达流速仪，包括平面收发雷达一11和平面收发雷达二21，其特征在于，所述的平面收发雷达一11和平面收发雷达二21发射的雷达波指向需测量的流体0表面并位于与水平面垂直的竖直平面内，所述的竖直平面与需测量的流体0的水平流速方向平行，设需测量的流体0的水平流速为Vx，需测量的流体0的垂直流速为Vy，平面收发雷达一11发射的雷达波与水平面的夹角为α，平面收发雷达二21发射的雷达波与水平面的夹角为β，平面收发雷达一11测到的多普勒速度为v1，平面收发雷达二21测到的多普勒速度为v2，则可知Vx、Vy与v1、v2的关系为下式(I)、(II)。
[0021]v1＝Vx*cosα+Vy*sinα
……
(I)，
[0022]v2＝Vx*cosβ+Vy*sinβ
……
(II)，
[0023]联立(I)、(II)二个二元一次方程，可以解得需量的流体0的水平流速Vx，见下式(III)，
[0024][0025][0026]所述的平面收发雷达一11和平面收发雷达二21分别采用不同频段的雷达频率，两个雷达的频段相差100M以上。
[0027]雷达流速仪基于多普勒效应的原理，当雷达波发射源与目标相对静止时，则接收频率和发射频率相等，平面收发雷达一11和平面收发雷达二21采用不同频段的雷达频率f
01
和f
02
，两个雷达的频段相差100M以上，这样，在雷达流速仪的整个测量频段内，不会产生波长干扰，具体过程如下：
[0028][0029][0030]其中c0为空气中的光速，λ
01
和λ
02
为平面收发雷达一11和平面收发雷达二21采用不同频段的雷达的雷达波波长。当发射波源位置固定，移动目标相对发射波源以速度v向波源方向运动时，雷达波对于移动目标来说，速度增大为c0+v，单位时间内到达移动目标的雷达波的波长个数即接收频率为：
[0031][0032][0033]多普勒频移为:
[0034]f
D01
＝f
′
接收01
‑
f
01
……
(IX)
[0035]f
D02
＝f
’
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双天线雷达流速仪，包括平面收发雷达一和平面收发雷达二，其特征在于，所述的平面收发雷达一和平面收发雷达二发射的雷达波指向需测量的流体表面并位于与水平面垂直的竖直平面内，所述的竖直平面与需测量的流体的水平流速方向平行，设需测量的流体的水平流速为Vx，平面收发雷达一发射的雷达波与水平面的夹角为α，平面收发雷达二发射的雷达波与水平面的夹角为β，平面收发雷达一测到的多普勒速度为v1，平面收发雷达二测到的多普勒速度为v2，则可得需测量的流体的水平流速Vx，见下式(III)，2.根据权利要求1所述的一种双天线雷达流速仪，其特征在于，所述的平面收发雷达一和平面收发雷达二分...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫延昌，韩动，刘志明，
申请(专利权)人：深圳市华聚科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：