[发明专利]一种水面测速雷达速度传感器

说明书

本发明公开了一种水面测速雷达速度传感器，属于水文监测技术领域。其由数字采样单元、毫米波射频单元、喇叭天线及信号处理单元组成。它根据接收到的反射波和发射波的频移量计算得出水体表面运动速度，并通过分析计算转换为表面平均流速，可自动感知测量角度，支持缓流、溅速等多种水流模式。该设备采用小型化、集成化、轻型化设计，重量轻，主要用于水文、环保、海洋的专业检测仪器，水文水情自动测报系统等，适用于非接触式河流流量测验、检测系统。

技术领域

本发明涉及到水面测速技术领域，特别涉及一种水面测速雷达速度传感器。

背景技术

根据中国水文网水文情况年报(2015年)统计，目前全国基本水文站共计3151处(主要为流量监测)，测流缆道3001处。大量采用的接触式转子测速系统对江河湖海的流速进行观察测量。然而，接触式转子测速系统要将测量设备放入水中或者安置在水面上，因为测量设备对于测量的环境过高，导致在很多时候不能正常使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水面测速雷达速度传感器。该传感器工作时不受温度梯度、压力、空气密度、风或其他气象环境条件的影响，可全天候全天时稳定提供服务。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种水面测速雷达速度传感器，包括数字采样单元、毫米波射频单元和喇叭天线，还包括信号处理单元；所述信号处理单元上设有数据输出端口和电源输入端口；其中，信号处理单元和数字采样单元双向互连，喇叭天线和毫米波射频单元双向互连，毫米波射频单元的输出端口与数字采样单元的输入端口相连；

所述喇叭天线与水面成夹角，向水面发射雷达信号同时接收水面的反射波；喇叭天线将来自毫米波射频单元发送的微波信号放大输出，并将接收到的水面反射波输出到毫米波射频单元。

所述毫米波射频单元用于产生Ka波段的点频或者三角波线性调频信号，然后将其发送给喇叭天线微波信号；毫米波射频单元还接收喇叭天线的水面反射波输出，毫米波射频单元混频出的中频信号到数字采样单元；

所述数字采样单元用于接收来自毫米波射频单元的信号，并对该信号进行放大和模拟数字变换，转换成PCM数据并发送给信号处理单元；

所述信号处理单元对来自数字采样单元的PCM数据进行处理，实现对接收信号的频谱检测；控制数字采样的放大增益，以接收信号频谱和水面夹角数据为基础，得出河流表面水流速率。

进一步的，所述信号处理单元包括低通滤波器，随机存储器、快速傅里叶变换模块、求平均值模块、求最大值模块、运算模块、自动增益控制模块、存储模块和倾角测量模块；所述数据输出端口与运算模块连接；

所述低通滤波器、随机存储器模块、快速傅里叶变换模块、求平均值模块、求最大值模块和运算模块依次连接；所述求平均值模块、倾角测量模块、自动增益控制模块以及存储模块还均与运算模块连接，其中，存储模块和运算模块双向互连；所述低通滤波器和自动增益控制模块分别和数字采样单元连接，其中，自动增益控制模块和数字采样单元双向互连；

所述低通滤波器完成对来自数字采样单元的PCM数据的低通滤波，然后存储在随机存储器中，快速傅里叶变换模块读取随机存储器中的数据并进行快速傅里叶变换，求平均值模块对PCM数据按设定时间求平均值，求最大值模块对求取的平均值找出最大值，倾角测量模块测试喇叭天线倾角，运算模块将求平均值模块、求最大值模块和倾角测量模块三者的输出数据进行运算得到水流速度，运算模块将水流速度存储在存储模块中，并从存储模块中读取出来发送到数据输出端口；运算模块还将数字采样单元的增益控制信号送到自动增益控制模块，自动增益控制模块求得数字采样增益输出给数字采样单元。

进一步的，所述信号处理单元还包括电源转换模块；所述电源输入端口与电源转换模块相连，所述电源转换模块分别对数字采样单元和毫米波射频单元输出电流。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：