CN107748275B - 一种用于雷达流速仪安装现场的远程校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于雷达流速仪安装现场的远程校正方法。该方法包括：使用模拟装置来为雷达流速仪提供一个雷达波信号，将其用作为由所述雷达流速仪发射的雷达波信号遇到目标反射回来的雷达波信号，所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波信号，经过内部处理后得出一个速度值，将该速度值与对所述模拟装置输入的目标的期望速度值进行比较，当二者不相等时调整所述雷达流速仪的角度，以使得所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波信号后得出的速度值与所述期望速度值相等。

Description

一种用于雷达流速仪安装现场的远程校正方法

技术领域

本发明涉及微波电子技术领域，具体而言涉及一种用于雷达流速仪安装现场的校正方法。

背景技术

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、工业污水等行业明渠流速测量的测量仪表。常见有机械、电测和超声三种类型。机械型以转子式为主，有旋桨式和旋杯式流速仪；电测型有电磁式流速仪；超声型有时差法和多普勒法流速仪。但上述三种类型的仪器都要同水流直接接触，因此在特大洪水时，测流工作极为困难，以至经常测不到较高流速数据，甚至还会危及人身安全，有时只好藉助投放浮标来近似地测量河段表面流速；而雷达测量流速则在一定程度上能克服上述弊病，因此非接触式的雷达流速仪就开始被广泛开发出来。

雷达流速仪一般安装在天然河道、河流、灌渠等水体的上方或者涵洞、桥梁的下方，一般会高于地面和低于桥面，通过横臂伸出到水体上方。通常是通过吊车等大型设备才能实现安装；而且一旦安装好后，就不易拆下，因此现场调整会比较困难、费力。而在雷达流速仪安装期间，因为安装现场的复杂性，一般需要进行参数调试；在安装好后的运行期间，也有必要对雷达流速仪的测量结果进行检验和校正。

目前各个雷达流速仪的生产厂家或者安装施工的工程单位，在安装好雷达流速仪后，缺乏对安装好的流速仪进行现场校正的有效手段，无法对安装过程中需要调整的参数有效性、准确性进行检验和校正；同时，运行一段时间后的流速仪是否需要修正参数，也是需要进行检验和校正。

目前现有的方法是通过转子式流速仪，检测河流流速，与雷达流速仪获取的速度进行比对，该方法的弊端是操作复杂、误差大、成本高，实施的方便性不够友好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于雷达流速仪安装现场的校正方法，以改善上述的问题。

本发明提供了一种用于雷达流速仪安装现场的校正方法，该方法包括：使用模拟装置来为雷达流速仪提供一个雷达波频率信号，将其用作为由所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标物体反射回来的雷达波频率信号，所述模拟装置包括：雷达波收发单元、混频电路单元、信号处理单元、恒温晶振单元、频率处理单元、输入单元、和控制单元，其中：

使用模拟装置的雷达波收发单元来获取从所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号；

使用模拟装置的混频电路单元将来自所述雷达流速仪的雷达波频率信号与模拟装置的雷达波收发单元自身发射的雷达波频率信号进行混频处理，并提供这两个频率信号的差频信号；

使用模拟装置的信号处理单元对该所述差频信号进行带通滤波和放大处理；

使用模拟装置的频率处理单元对所述经放大的差频信号和由恒温晶振单元提供的基准频率信号进行处理以获得所述差频信号的频率值；

使用模拟装置的输入单元来输入一个需要模拟的目标运动的速度值；

使用模拟装置的控制单元来基于多谱勒频率的计算公式，根据输入的速度值计算得出所需要的期望频率值，将该期望频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值进行比对，如果二者相等则不做处理，此时所述雷达波收发单元所发射的雷达波频率信号就是与获得所需要的速度相对应的雷达波频率信号，将该雷达波收发单元所发射的雷达波频率信号作为所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标反射回来的雷达波频率信号；如果不同则根据所述目标频率值与所述差频信号的频率值的大小关系来发出控制信号给所述雷达波收发单元以改变其发射的雷达波信号的频率大小，直至该期望频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值相等，将该雷达波收发单元此时所发射的雷达波频率信号作为所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标反射回来的雷达波频率信号；

所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波频率信号，经过内部处理后得出一个速度值，将该速度值与对所述模拟装置输入的目标的期望速度值进行比较，当二者不相等时调整所述雷达流速仪的角度，以使得所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波频率信号后得出的速度值与所述期望速度值相等。

其中，所述雷达流速仪的角度包括：调整所述雷达流速仪的发射天线和接收天线的俯仰角。

其中，当所述期望频率值大于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更高频率的雷达波信号；当所述期望频率值小于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更低频率的雷达波信号。

其中，还包括使用模拟装置的频率参考单元来发送参考频率信号给所述雷达波收发单元以便实现对该模拟装置的自我校正。

其中，所述雷达流速仪还包括无线通信模块和角度调整机构，该无线通信模块通过无线通信网络接收指令和角度校正参数，该角度调整机构根据所述指令和参数调整所述雷达流速仪的角度。

根据本发明的一种用于雷达流速仪安装现场的校正方法，通过本发明独特设计的模拟装置来提供作为被检测的雷达流速仪发射雷达波频率信号至目标物体后反射回来的雷达波频率信号的模拟频率信号，使用该模拟频率信号可以实现对雷达流速仪的工作性能和工作参数的有效性、准确性进行检验，由此可以实现校正，大大改善了现有校正操作过程的复杂、误差大、成本高、方便性差等缺点。

附图说明

图1是本发明第一实施例的为雷达流速仪提供模拟信号的装置的示意性框图；

图2是本发明第二实施例的为雷达流速仪提供模拟信号的装置的示意性框图。

图3是本发明的用于雷达流速仪安装现场的校正方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1是本发明的为雷达流速仪提供模拟信号的装置的示意性框图。如图1所示，本发明的为雷达测速仪提供模拟信号的装置包括：雷达波收发单元、混频电路单元、信号处理单元、恒温晶振单元、频率处理单元、控制单元和输入单元，其中：

所述雷达波收发单元用于发射雷达波频率信号和接收反射回来的雷达波频率信号；

所述混频电路单元用于将从所述雷达测速仪发射的雷达波频率信号与所述雷达波收发单元发射的雷达波频率信号进行混频处理，并输出这两个频率信号的差频信号；

所述信号处理单元用于接收所述差频信号并且对其进行带通滤波和放大并将放大的差频信号输出至频率处理单元；

所述恒温晶振单元也称为恒温晶体振荡器，用于提供基准频率信号；

所述频率处理单元用于接收所述基准频率信号和所述经放大的差频信号并对这两个信号进行处理，得到差频信号的频率值并输出给控制单元；

所述输入单元用于输入需要模拟的目标运动的速度值；

所述控制单元用于基于多谱勒频率的计算公式，根据输入的速度值计算得出所需要的期望频率值，将该期望频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值进行比对，如果二者相同则不做处理；如果不同则根据所述期望频率值与所述差频信号的频率值的大小关系来发出控制信号给所述雷达波收发单元以改变其发射的雷达波信号的频率大小。

其中，当所述期望频率值大于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更高频率的雷达波信号；当所述期望频率值小于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更低频率的雷达波信号。

当所述雷达波收发单元发射的雷达波频率信号被调整为频率处理单元发送的差频信号的频率值与计算得到的期望频率值相等时，所述雷达波收发单元发射的雷达波频率信号可以作为所述雷达测速仪发出雷达波频率信号至目标物体后反射回来的雷达波频率信号的模拟信号，此时目标物体的移动速度为从输入单元输入的目标物体的速度。

在这里，所述雷达波收发单元和所述混频电路单元的工作都是使用本领域的常规技术手段，掌握雷达知识的本领域技术人员都知道如何实现所述雷达波收发单元和所述混频电路单元，包括可以从市场上购买相应的成品。

所述信号处理单元执行的带通滤波和放大也都是使用本领域的常规技术手段，例如使用现有的带通滤波器执行带通滤波，设计基本的放大电路来实现信号放大等。

所述恒温晶振单元也称为恒温晶体振荡器，利用恒温槽使晶体振荡器中石英晶体谐振器的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。可以使用市场上销售的任何型号的恒温晶振，例如爱普生公司生产的恒温晶振。

所述频率处理单元获得差频信号的频率值的方法可以采用多种已知方法，这里介绍通过逼近法来获得差频信号的频率值。

利用傅里叶变换(快速傅里叶变换或离散傅里叶变换)可以估计频率信号的功率谱密度估值，而在实际应用中感兴趣的是整个频谱中一个很窄的频带范围，提高窄带信号的频率分辨可以准确测量信号的频率，由此采用频率细化的算法估算出目标频率，然后通过和实际频率的差值比较来修正估算的目标频率，这样通过频率细化、差值比较就能估计出误差最小的目标频率值。在频率处理单元中是通过采样电路接收差频信号的，由于采样电路的时基未必很准确而且可能会有温漂，需要使用恒温晶振提供的基准频率来对计算获得的目标频率值进行校正，使用基准频率来进行校正采样获得的频率的方法是本领域的常规技术，这里不再赘述。

所述输入单元可以是键盘、触摸屏等，只要是可以输入需要模拟的目标运动的速度值的设备即可。

所述控制单元基于多谱勒频率的计算公式，根据输入的速度值计算得出所需要的期望频率值的方法如下：

多谱勒频率的计算公式为

其中：

f_D——多普勒频率差，在本发明中对应所述雷达测速仪发射的雷达波频率f₀和所述模拟装置发射的雷达波频率f₁之差；

f₀——所述雷达测速仪发射的雷达波频率；

f₁——所述模拟装置发射的雷达波频率；

v——需要模拟的目标运动的速度值；

c₀——光速；

α——运动的目标和雷达测速仪的连线与速度实际方向之间的夹角。

通过输入的目标运动的速度值和设定夹角α，以及已知的所述雷达测速仪发射的雷达波频率，就可以计算得到期望的差频信号的频率值。

在期望的差频信号的频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值不同时，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以改变其发射的雷达波信号的频率大小。当所述期望频率值大于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使控制其发射单元的电压升高，从而实现发射更高频率的雷达波信号；当所述期望频率值小于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使控制其发射单元的电压降低，从而实现发射更低频率的雷达波信号。

另外，所述模拟装置还需要有自我校准功能，由此所述模拟装置还可以包括：频率参考单元，用于发送参考频率信号给所述雷达波收发单元以便实现对该模拟装置的自我校准，如图2所示，图2的本发明第二实施例的为雷达测速仪提供模拟信号的装置的示意性框图。自我校准的过程就是将频率参考单元发送的参考频率信号当作为所述雷达波收发单元接收的反射回波频率信号，按上述方法步骤进行工作，实现模拟装置的自我校准和检测。

另外，这里所述的雷达流速仪是现场上安装的用于校正的雷达流速仪。

根据本发明的为雷达流速仪提供模拟信号的模拟装置，通过接收并处理被检测的雷达流速仪发射的雷达波频率信号，可以提供作为被检测的雷达流速仪发射雷达波频率信号至目标物体后反射回来的雷达波频率信号的模拟频率信号，使用该模拟频率信号可以实现对雷达流速仪的工作性能的检测。

另外，本发明还提供了第三实施例，其描述了与第一实施例的模拟装置的工作过程相对应的模拟方法。即本发明第三实施例还提供了一种为雷达流速仪提供模拟信号的方法，其是使用上面第一实施例或第一实施例与优选实施例的组合所描述的模拟装置来为雷达流速仪提供模拟信号的方法，所述方法包括：

使用模拟装置的雷达波收发单元来获取从所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号；

使用模拟装置的混频电路单元将来自所述雷达流速仪的雷达波频率信号与模拟装置的雷达波收发单元自身发射的雷达波频率信号进行混频处理，并提供这两个频率信号的差频信号；

使用模拟装置的信号处理单元对该所述差频信号进行带通滤波和放大处理；

使用模拟装置的频率处理单元对所述经放大的差频信号和由恒温晶振单元提供的基准频率信号进行处理以获得所述差频信号的频率值；

使用模拟装置的输入单元来输入一个需要模拟的目标运动的速度值；

使用模拟装置的控制单元来基于多谱勒频率的计算公式，根据输入的速度值计算得出所需要的期望频率值，将该期望频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值进行比对，如果二者相等则不做处理，此时所述雷达波收发单元所发射的雷达波频率信号就是与获得所需要的速度相对应的雷达波频率信号，将该雷达波收发单元所发射的雷达波频率信号作为所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标反射回来的雷达波频率信号；如果不同则根据所述目标频率值与所述差频信号的频率值的大小关系来发出控制信号给所述雷达波收发单元以改变其发射的雷达波信号的频率大小，直至该期望频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值相等，将该雷达波收发单元此时所发射的雷达波频率信号作为所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标反射回来的雷达波频率信号。

其中当所述期望频率值大于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更高频率的雷达波信号；当所述期望频率值小于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更低频率的雷达波信号。

当所述雷达波收发单元发射的雷达波频率信号被调整为频率处理单元发送的差频信号的频率值与计算得到的期望频率值相等时，所述雷达波收发单元发射的雷达波频率信号可以作为所述雷达测速仪发出雷达波频率信号至目标物体后反射回来的雷达波频率信号的模拟信号，此时目标物体的移动速度为从输入单元输入的目标物体的速度。

与第二实施例的模拟装置的工作过程相对应的，所述提供模拟信号的方法还包括：使用模拟装置的频率参考单元来发送参考频率信号给所述雷达波收发单元以便实现对该模拟装置的自我校正。自我校正的过程就是将频率参考单元发送的参考频率信号当作为所述雷达波收发单元接收的反射回波频率信号，按上述方法步骤进行工作，实现模拟装置的自我校正和检测。

其中所述雷达流速仪是现场上安装的用于校正的雷达流速仪。

该第三实施例所述的为雷达流速仪提供模拟信号的方法是使用了第一实施例或第一实施例与优选实施例的组合所描述的模拟装置来提供模拟信号的方法步骤，这里的每一步骤的实施都是使用模拟装置里的相应工作单元，因此在第一实施例描述的工作原理、步骤和过程同样适用于此。同样，第二实施例描述的工作原理、步骤和过程同样适用于此。

根据本发明的为雷达流速仪提供模拟信号的方法，通过接收并处理被检测的雷达流速仪发射的雷达波频率信号，可以提供作为被检测的雷达流速仪发射雷达波频率信号至目标物体后反射回来的雷达波频率信号的模拟频率信号，使用该模拟频率信号可以实现对雷达流速仪的工作性能的检测。

正如背景技术中描述的，安装并运行一段时间后的雷达流速仪需要定期进行检验，检测是否需要校正参数。例如在安装时，雷达流速仪的收发天线的角度都是固定好的，例如为45°。但是工作一段时间之后，有可能出现天线的横臂轻微倾斜，或者因为长时间的风吹、震动引起角度偏差，如果角度偏差会对测试的流体速度结果产生了不可疏略的影响，则需要对角度进行校正。由此，本发明提供了一种用于雷达流速仪安装现场的校正方法。

图3是本发明的用于雷达流速仪安装现场的校正方法的流程图。如图3所示，本发明的用于雷达流速仪安装现场的校正方法包括：

使用上面第一实施例或第二实施例描述的模拟装置来为雷达流速仪提供一个雷达波频率信号，将其用作为由所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标物体反射回来的雷达波频率信号；

所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波频率信号，经过其内部处理后得出一个速度值，将该速度值与向所述模拟装置输入的目标运动的期望速度值进行比较，当二者不相等时调整所述雷达流速仪的角度，以使得所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波频率信号后得出的速度值与所述期望速度值相等。

其中，调整所述雷达流速仪的角度包括：调整所述雷达流速仪的发射天线和接收天线的俯仰角。

为了实现通过无线网络执行校正而不需要工作人员直接操作被检测的雷达流速仪，所述雷达流速仪还包括无线通信模块，用于通过无线通信网络接收数据，包括指令和参数等。无线通信网络包括：已知的2G、3G和4G通信网络，当然也可以是正在研发试验的5G通信网络；除此之外，还可以是无线局域网络，即通过所述雷达流速仪里的无线通信模块和相应的调试校正装置内部的无线通信模块组建的无线局域网络。

通常，所述雷达流速仪都会包含角度调整机构。本发明里的角度调整机构能够接收来自通信模块发送的数据，例如指令和角度校正参数，该角度调整机构根据所述指令和参数调整所述雷达流速仪的角度。

由此，在一个优选实施例中，所述雷达流速仪还包括无线通信模块和角度调整机构，该无线通信模块通过无线通信网络接收指令和角度校正参数，该角度调整机构根据所述指令和参数调整所述雷达流速仪的角度。

角度校正参数的具体值可以基于多谱勒频率的计算原理来获得，这是本领域的常规技术，收发天线的俯仰角的调整方法也是本领域的常规技术，这里不在赘述。

另外，在测量中，由于受丰水期和枯水期的变化影响，河面的高低和水流速度都会有较大差异，通过及时修正干扰阈值来避免产生的灵敏度误差。对于丰水期，流速较快，干扰较多，可以设置较高的干扰阈值；对于枯水期，可以设置较小的干扰阈值。这也可以通过本发明的校正方法，实时测量水流速度，并与长期观察的历史经验值比较，来适当调整干扰阈值，其过程与上述调整角度的过程一样，这里不做重复描述。

根据本发明的一种用于雷达流速仪安装现场的校正方法，通过本发明独特设计的模拟装置来提供作为被检测的雷达流速仪发射雷达波频率信号至目标物体后反射回来的雷达波频率信号的模拟频率信号，使用该模拟频率信号可以实现对雷达流速仪的工作性能和工作参数的有效性、准确性进行检验，由此可以实现校正，大大改善了现有校正操作过程的复杂、误差大、成本高、方便性差等缺点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于雷达流速仪安装现场的校正方法，该方法包括：使用模拟装置来为雷达流速仪提供一个雷达波频率信号，将其用作为由所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标物体反射回来的雷达波频率信号，所述模拟装置包括：雷达波收发单元、混频电路单元、信号处理单元、恒温晶振单元、频率处理单元、输入单元、和控制单元，其中：

使用模拟装置的雷达波收发单元来获取从所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号；

使用模拟装置的混频电路单元将来自所述雷达流速仪的雷达波频率信号与模拟装置的雷达波收发单元自身发射的雷达波频率信号进行混频处理，并提供这两个频率信号的差频信号；

使用模拟装置的信号处理单元对该所述差频信号进行带通滤波和放大处理；

使用模拟装置的频率处理单元对经放大的差频信号和由恒温晶振单元提供的基准频率信号进行处理以获得所述差频信号的频率值；

使用模拟装置的输入单元来输入一个需要模拟的目标运动的速度值；

使用模拟装置的控制单元来基于多谱勒频率的计算公式，根据输入的速度值计算得出所需要的期望频率值，将该期望频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值进行比对，如果二者相等则不做处理，此时所述雷达波收发单元所发射的雷达波频率信号就是与获得所需要的速度相对应的雷达波频率信号，将该雷达波收发单元所发射的雷达波频率信号作为所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标反射回来的雷达波频率信号；如果不同则根据目标频率值与所述差频信号的频率值的大小关系来发出控制信号给所述雷达波收发单元以改变其发射的雷达波信号的频率大小，直至该期望频率值与来自频率处理单元的差频信号的频率值相等，将该雷达波收发单元此时所发射的雷达波频率信号作为所述雷达流速仪发射的雷达波频率信号遇到目标反射回来的雷达波频率信号；

所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波频率信号，经过内部处理后得出一个速度值，将该速度值与对所述模拟装置输入的目标的期望速度值进行比较，当二者不相等时调整所述雷达流速仪的角度，以使得所述雷达流速仪接收由所述模拟装置提供的雷达波频率信号后得出的速度值与所述期望速度值相等。

2.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述雷达流速仪的角度包括：调整所述雷达流速仪的发射天线和接收天线的俯仰角。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当所述期望频率值大于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更高频率的雷达波信号；当所述期望频率值小于所述差频信号的频率值，所述控制单元发出控制信号给所述雷达波收发单元以使其发射更低频率的雷达波信号。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括使用模拟装置的频率参考单元来发送参考频率信号给所述雷达波收发单元以便实现对该模拟装置的自我校正。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述雷达流速仪还包括无线通信模块和角度调整机构，该无线通信模块通过无线通信网络接收指令和角度校正参数，该角度调整机构根据所述指令和参数调整所述雷达流速仪的角度。