CN110596699A - 一种基于雷达的水位流速的测量方法、装置及设备 - Google Patents

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CN110596699A CN201910816178.6A CN201910816178A CN110596699A CN 110596699 A CN110596699 A CN 110596699A CN 201910816178 A CN201910816178 A CN 201910816178A CN 110596699 A CN110596699 A CN 110596699A
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邓振淼
温振兴
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Abstract

本发明公开了一种基于雷达的水位流速的测量方法、装置、设备和存储介质，方法包括：每隔预定的时间进行水位信号采集周期和流速信号采集周期的切换；获取与当前的采集周期对应的发射信号及接收通道的波束指向；根据当前采集周期的发射信号发射信号波，并接收信号波经探测物反射后形成的回波信号；将回波信号经信号放大、变频、检波及模数转换后生成的数字回波信号，送到波形形成器；将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应与采集周期对应的波束指向生成的加权系数，再求和后得到接收信号；根据接收信号，以获得与采集周期对应的信息。通过改变接收通道的波束指向在不同角度接收回波信号，实现一个雷达即完成水位流速信息的测量。

Description

一种基于雷达的水位流速的测量方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及物联网应用领域，尤其涉及一种基于雷达的水位流速的测量方法、装置及设备。
背景技术
水位和流速分别指的是雷达距离水面的高度以及液体的流动速度，它是了解河流信息的重要组成。传统的水位和流速的测量要用到两个雷达才能实现。测量水位时，其中一个雷达在垂直方向进行信号的发送和接收，根据接收发射的频率差测出水位信息，测量流速时，另一个雷达根据实际情况设置发射和接收的角度，根据多普勒效应计算流速信息，但是，传统雷达的水位流速测试有两个缺点：一是使用两个雷达，调试不方便，占用空间。二是采用模拟信号做处理，精度不够。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于雷达的水位流速的测量方法、装置及设备，能够通过改变接收通道的波束指向在不同角度接收回波信号，实现了一个雷达就能完成水位信息和流速信息的测量。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于雷达的水位流速的测量方法，包括：
每隔预定的时间进行采集周期的切换；其中，所述采集周期包括水位信号采集周期以及流速信号采集周期；
获取与当前的采集周期对应的发射信号以及接收通道的波束指向；
根据当前采集周期的发射信号发射信号波，并通过雷达天线阵元接收信号波经探测物反射后形成的回波信号；
将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器；
在波形形成器中，根据与当前的采集周期对应的波束指向生成各个雷达天线阵元的加权系数，并将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应的加权系数，再求和后得到接收信号；
根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息。
优选地，将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器，具体为：
将所述回波数字信号经信号放大、变频以及检波后，获得零中频信号，并将所述零中频信号发送至模数转换器；
在所述模数转换器中，将所述零中频信号经采样、量化以及编码后生成数字回波信号，并将所述数字回波信号送到波形形成器。
优选地，所述加权系数表达式为：其中，θ为所述数字信号指向各个雷达天线阵元的方向角，d为相邻两个雷达阵元间距，λ为数字信号的波长，θB为接收通道的波束指向。
优选地，所述接收信号的表达式为：
优选地，当所述采集周期为水位信号采集周期时，所述信号波为调频连续波，则所述根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息，具体为：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；
根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；
根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速调频波扫频带宽以及频率生成器的调频波的周期，获得水位信息；其中，所述水位信息表达式为：其中，c是光速，ts为频率生成器的调频波的周期，fDEV为调频波扫频带宽；fb是发射频率和接收频率的差值。
优选地，当所述采集周期为流速信号采集周期时，所述信号波为单频正弦波，则所述根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息，具体为：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；
根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；
根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速以及与所述采集周期对应的发射信号频率，获得水位信息以及流速信息；其中，所述流速信息表达式为:c是光速，fd是发射频率和接收频率的差值；f0是发射信号的频率。
优选地，当所述接收通道的波束指向为垂直方向，则接收水位信息；
当所述接收通道的波束指向为倾斜方向，则接收流速信息。
第二方面，本发明实施例还一种基于雷达的水位流速的测量装置，包括：
采集周期切换单元，用于每隔预定的时间进行采集周期的切换；其中，所述采集周期包括水位信号采集周期以及流速信号采集周期；
发射信号以及波束指向获取单元，用于获取与当前的采集周期对应的发射信号以及接收通道的波束指向；
回波信号形成单元，用于根据当前采集周期的发射信号发射信号波，并通过雷达天线阵元接收信号波经探测物反射后形成的回波信号；
数字回波信号生成单元，用于将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器；
接收信号获取单元，用于在波形形成器中，根据与当前的采集周期对应的波束指向生成各个雷达天线阵元的加权系数，并将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应的加权系数，再求和后得到接收信号；
采集周期对应的信息获取单元，用于根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息。
优选地，数字回波信号生成单元，具体用于：
零中频信号获取模块，用于将所述回波数字信号经信号放大、变频以及检波后，获得零中频信号，并将所述零中频信号发送至模数转换器；
数字回波信号生成模块，用于在所述模数转换器中，将所述零中频信号经采样、量化以及编码后生成数字回波信号，并将所述数字回波信号送到波形形成器。
优选地，所述加权系数表达式为：其中，θ为所述数字信号指向各个雷达天线阵元的方向角，d为相邻两个雷达阵元间距，λ为数字信号的波长，θB为接收通道的波束指向。
优选地，所述接收信号的表达式为：
优选地，当所述采集周期为水位信号采集周期时，所述信号波为调频连续波，则采集周期对应的信息获取单元，具体用于：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速调频波扫频带宽以及频率生成器的调频波的周期，获得水位信息；其中，所述水位信息表达式为：其中，c是光速，ts为频率生成器的调频波的周期，fDEV为调频波扫频带宽；fb是发射频率和接收频率的差值。
优选地，当所述采集周期为流速信号采集周期时，所述信号波为单频正弦波，则采集周期对应的信息获取单元，具体用于：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速以及与所述采集周期对应的发射信号频率，获得水位信息以及流速信息；其中，所述流速信息表达式为:c是光速，fd是发射频率和接收频率的差值；f0是发射信号的频率。
优选地，还包括：当所述接收通道的波束指向为垂直方向，则接收水位信息；当所述接收通道的波束指向为倾斜方向，则接收流速信息。
第三方面，本发明实施例还提供了一种基于雷达的水位流速的测量设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现如第一方面所述的基于雷达的水位流速的测量方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述所述的基于雷达的水位流速的测量方法。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在上述一实施例中，通过将与当前的采集周期对应的发射信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成发送至到波形形成器的数字回波信号，然后通过改变接收通道的波束指向在不同角度接收数字回波信号，使得在垂直方向接收水位信息，在倾斜方向接收流速信息，实现一个雷达就能完成水位信息和流速信息的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例提供的基于雷达的水位流速的测量方法的流程示意图。
图2是本发明第一实施例提供的数字回波信号在波形形成器下的结构示意图。
图3是本发明第一实施例提供的基于雷达的水位流速的测量的工作原理图。
图4是本发明第二实施例提供的基于雷达的水位流速的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
实施例一：
请参阅图1至图3，本发明第一实施例提供了一种基于雷达的水位流速的测量方法，其可由基于雷达的水位流速的测量设备来执行，特别的，由基于雷达的水位流速的测量设备内的一个或多个处理器来执行，并至少包括如下步骤：
S101，每隔预定的时间进行采集周期的切换；其中，所述采集周期包括水位信号采集周期以及流速信号采集周期。
S102，获取与当前的采集周期对应的发射信号以及接收通道的波束指向。
在本实施例中，在处于水位信号采集周期中，雷达发射一个调频连续波信号fc为调频连续波的载频，其中B为调频连续波的带宽，T为脉冲宽度。在处于水位信号采集周期中，所述雷达发射一个单频正弦波信号s1(t)＝Asin(2πf0t+β)，其中f0是发射信号的频率，β是初始相位。需要说明的是，所述预定的时间可以根据实际情况设定，例如可以为1s或者2s等，在此，本发明不做具体限制。
S103，根据当前采集周期的发射信号发射信号波，并通过雷达天线阵元接收信号波经探测物反射后形成的回波信号。
在本实施例中，所述雷达包括一个发射天线和一个接收天线，所述发射天线发射一个发送信号，接收天线接收反射信号。所述雷达通过发射天线向外发射信号，被发射至受测目标的电磁波会产生反射信号，该反射信号通过雷达的接收天线接收称为回波信号(或接收信号、反射信号)。具体地，雷达发射调频连续波信号s(t)经过探测物反射后形成的回波信号为其中，td为时间延时。雷达发射单频正弦波信号s1(t)经过探测物反射后形成的回波信号为r1(t)＝Asin(2πf0(t-τ)+β)，τ为时延。
S104，将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器。
S105，在波形形成器中，根据与当前的采集周期对应的波束指向生成各个雷达天线阵元的加权系数，并将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应的加权系数，再求和后得到接收信号。
在本实施例中，所述回波数字信号经信号放大、变频以及检波后，获得零中频信号，将所述零中频信号发送至模数转换器，在所述模数转换器中，所述零中频信号经采样、量化以及编码后生成数字回波信号，并将所述数字回波信号送到波形形成器。
参见图2，在波形形成器中，根据与当前的采集周期对应的波束指向生成各个雷达天线阵元的加权系数为其中， θ为所述数字信号指向各个雷达天线阵元的方向角，d为相邻两个雷达阵元间距，λ为数字信号的波长，θB为接收通道的波束指向。因此，通过改变接收通道的波束指向在不同角度接收数字回波信号，就能形成指向各个方向的接收波束，从而实现了一个雷达就能完成水位信息和流速信息的测量。具体地，通过将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应的加权系数，再求和后得到接收信号，所述接收信号的表达式为：当然，需要说明的是，当所述接收通道的波束指向为垂直方向，则接收水位信息；当所述接收通道的波束指向为倾斜方向，则接收流速信息,，参见图3。
S106，根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息。
在本实施例中，基于多普勒频移测速以及测水位的原理，雷达的发射频率固定为f0，当雷达发射波打到流动的水面后，雷达波返回到雷达接收平面，在多普勒效应下，接收信号的频率会发生改变，发射信号与接收信号之间的频率差fd，即差频信号。因此，当得到fd时，即可求得目标流速信息以及目标水位信息。
具体地，当所述采集周期为水位信号采集周期时，所述信号波为调频连续波，则采集周期对应的信息获取单元，具体用于：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速调频波扫频带宽以及频率生成器的调频波的周期，获得水位信息；其中，所述水位信息表达式为：其中，c是光速，ts为频率生成器的调频波的周期，fDEV为调频波扫频带宽；fb是发射频率和接收频率的差值。
具体地，当所述采集周期为流速信号采集周期时，所述信号波为单频正弦波，则采集周期对应的信息获取单元，具体用于：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速以及与所述采集周期对应的发射信号频率，获得水位信息以及流速信息；其中，所述流速信息表达式为:c是光速，fd是发射频率和接收频率的差值；f0是发射信号的频率。
综上，通过将与当前的采集周期对应的发射信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成发送至到波形形成器的数字回波信号，然后通过改变接收通道的波束指向在不同角度接收数字回波信号，使得在垂直方向接收水位信息，在倾斜方向接收流速信息，实现一个雷达就能完成水位信息和流速信息的测量。
为便于对本发明的理解，下面以实际的举例来说明本实施例的应用。
假设一个波形切换时间为1s，在测量水位的时候雷达发送调频连续波，1s后就切换波形，雷达发送单频正弦波测量流速，雷达固定在离水面15米处，雷达载频24GHz，带宽250MHz，脉冲宽度为8ms，波长为12.5mm，雷达天线阵元的阵列数量相邻阵源间距为6.25mm，阵元数为8。
在测量水位时，雷达发射调频连续波信号s(t)经过目标反射后，得到回波信号r(t)。回波信号被雷达天线阵元接收后，在进行信号放大、变频、检波、数模转换后为数字信号，最后将数字信号送到波形形成器，设置好加权系数使得雷达在垂直方向接收波束，在波形形成器中每个阵元接受的信号乘以各自的加权系数并求和后得到信号y(t)。最后对接收信号做fft，得到多普勒频移，从而获得水位信息。
在测量流速时，雷达发射单频正弦波信号s1(t)经过目标反射后，得到回波信号r1(t)。回波信号被雷达天线阵元接收后，在进行信号放大、变频、检波、数模转换后为数字信号，最后将数字信号送到波形形成器，设置好加权系数使得雷达在40°方向接收波束，在波形形成器中每个阵元接受的信号乘以各自的加权系数并求和后得到信号y(t)，对接收信号做fft，得到多普勒频移，从而得到流速信息。
本发明第二实施例：
参见图4，本发明第二实施例提供了一种基于雷达的水位流速的测量装置，包括：
采集周期切换单元100，用于每隔预定的时间进行采集周期的切换；其中，所述采集周期包括水位信号采集周期以及流速信号采集周期；
发射信号以及波束指向获取单元200，用于获取与当前的采集周期对应的发射信号以及接收通道的波束指向；
回波信号形成单元300，用于根据当前采集周期的发射信号发射信号波，并通过雷达天线阵元接收信号波经探测物反射后形成的回波信号；
数字回波信号生成单元400，用于将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器；
接收信号获取单元500，用于在波形形成器中，根据与当前的采集周期对应的波束指向生成各个雷达天线阵元的加权系数，并将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应的加权系数，再求和后得到接收信号；
采集周期对应的信息获取单元600，用于根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息。
进一步地，数字回波信号生成单元400，具体用于：
零中频信号获取模块，用于将所述回波数字信号经信号放大、变频以及检波后，获得零中频信号，并将所述零中频信号发送至模数转换器；
数字回波信号生成模块，用于在所述模数转换器中，将所述零中频信号经采样、量化以及编码后生成数字回波信号，并将所述数字回波信号送到波形形成器。
进一步地，所述加权系数表达式为：其中，θ为所述数字信号指向各个雷达天线阵元的方向角，d为相邻两个雷达阵元间距，λ为数字信号的波长，θB为接收通道的波束指向。
进一步地，所述接收信号的表达式为：
进一步地，当所述采集周期为水位信号采集周期时，所述信号波为调频连续波，则采集周期对应的信息获取单元600，具体用于：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速调频波扫频带宽以及频率生成器的调频波的周期，获得水位信息；其中，所述水位信息表达式为：其中，c是光速，ts为频率生成器的调频波的周期，fDEV为调频波扫频带宽；fb是发射频率和接收频率的差值。
进一步地，当所述采集周期为流速信号采集周期时，所述信号波为单频正弦波，则采集周期对应的信息获取单元600，具体用于：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速以及与所述采集周期对应的发射信号频率，获得水位信息以及流速信息；其中，所述流速信息表达式为:c是光速，fd是发射频率和接收频率的差值；f0是发射信号的频率。
优选地，还包括：当所述接收通道的波束指向为垂直方向，则接收水位信息；当所述接收通道的波束指向为倾斜方向，则接收流速信息。
本发明第三实施例：
本发明第三实施例提供了一种基于雷达的水位流速的测量设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现如上述所述的基于雷达的水位流速的测量方法。
本发明第四实施例：
本发明第四实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述所述的基于雷达的水位流速的测量方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在基于雷达的水位流速的测量设备中的执行过程。
所述基于雷达的水位流速的测量设备可包括但不仅限于处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是基于雷达的水位流速的测量设备的示例，并不构成对基于雷达的水位流速的测量设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于雷达的水位流速的测量设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述基于雷达的水位流速的测量设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于雷达的水位流速的测量设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于雷达的水位流速的测量设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述基于雷达的水位流速的测量设备集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于雷达的水位流速的测量方法，其特征在于，包括：
每隔预定的时间进行采集周期的切换；其中，所述采集周期包括水位信号采集周期以及流速信号采集周期；
获取与当前的采集周期对应的发射信号以及接收通道的波束指向；
根据当前采集周期的发射信号发射信号波，并通过雷达天线阵元接收信号波经探测物反射后形成的回波信号；
将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器；
在波形形成器中，根据与当前的采集周期对应的波束指向生成各个雷达天线阵元的加权系数，并将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应的加权系数，再求和后得到接收信号；
根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息。
2.根据权利要求1所述的基于雷达的水位流速的测量方法，其特征在于，将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器，具体为：
将所述回波信号经信号放大、变频以及检波后，获得零中频信号，并将所述零中频信号发送至模数转换器；
在所述模数转换器中，将所述零中频信号经采样、量化以及编码后生成数字回波信号，并将所述数字回波信号送到波形形成器。
3.根据权利要求1所述的基于雷达的水位流速的测量方法，其特征在于，所述加权系数表达式为：其中， θ为所述数字信号指向各个雷达天线阵元的方向角，d为相邻两个雷达阵元间距，λ为发射信号的波长，θB为接收通道的波束指向。
4.根据权利要求3所述的基于雷达的水位流速的测量方法，其特征在于，所述接收信号的表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于雷达的水位流速的测量方法，其特征在于，
当所述采集周期为水位信号采集周期时，所述信号波为调频连续波，则所述根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息，具体为：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；
根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；
根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速调频波扫频带宽以及频率生成器的调频波的周期，获得水位信息；其中，所述水位信息表达式为：其中，c是光速，ts为频率生成器的调频波的周期，fDEV为调频波扫频带宽；fb是发射频率和接收频率的差值。
6.根据权利要求1所述的基于雷达的水位流速的测量方法，其特征在于，
当所述采集周期为流速信号采集周期时，所述信号波为单频正弦波，则所述根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息，具体为：
对所述接收信号进行FFT频谱分析，以得到回波信号频谱；
根据所述回波信号频谱，提取与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值；
根据与所述采集周期对应的发射频率和接收频率的差值、光速以及与所述采集周期对应的发射信号频率，获得水位信息以及流速信息；其中，所述流速信息表达式为:c是光速，fd是发射频率和接收频率的差值；f0是发射信号的频率。
7.根据权利要求4所述的基于雷达的水位流速的测量方法，其特征在于，
当所述接收通道的波束指向为垂直方向，则接收水位信息；
当所述接收通道的波束指向为倾斜方向，则接收流速信息。
8.一种基于雷达的水位流速的测量装置，其特征在于，包括：
采集周期切换单元，用于每隔预定的时间进行采集周期的切换；其中，所述采集周期包括水位信号采集周期以及流速信号采集周期；
发射信号以及波束指向获取单元，用于获取与当前的采集周期对应的发射信号以及接收通道的波束指向；
回波信号形成单元，用于根据当前采集周期的发射信号发射信号波，并通过雷达天线阵元接收信号波经探测物反射后形成的回波信号；
数字回波信号生成单元，用于将所述回波信号经信号放大、变频、检波以及模数转换后生成数字回波信号，并将数字回波信号送到波形形成器；
接收信号获取单元，用于在波形形成器中，根据与当前的采集周期对应的波束指向生成各个雷达天线阵元的加权系数，并将每个雷达天线阵元接收的数字回波信号乘以其对应的加权系数，再求和后得到接收信号；
采集周期对应的信息获取单元，用于根据所述接收信号，以获得与所述采集周期对应的信息。
9.根据权利要求6所述的基于雷达的水位流速的测量装置，其特征在于，数字回波信号生成单元，具体用于：
零中频信号获取模块，用于将所述回波数字信号经信号放大、变频以及检波后，获得零中频信号，并将所述零中频信号发送至模数转换器；
数字回波信号生成模块，用于在所述模数转换器中，将所述零中频信号经采样、量化以及编码后生成数字回波信号，并将所述数字回波信号送到波形形成器。
10.一种基于雷达的水位流速的测量设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现如权利要求1至5任意一项所述的基于雷达的水位流速的测量方法。
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