冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，涉及探測(cè)雷達(dá)領(lǐng)域。所述系統(tǒng)包括：探測(cè)雷達(dá)和安裝冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序的終端主機(jī)，所述探測(cè)雷達(dá)包括雷達(dá)主控板和脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)；終端主機(jī)、雷達(dá)主控板和脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)順次雙向通信連接；脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)包括時(shí)序基準(zhǔn)元器件、采樣控制器、發(fā)射模塊和接收模塊。本實(shí)用新型快速、無(wú)損、連續(xù)探測(cè)，實(shí)時(shí)成像方式或/和語(yǔ)音播報(bào)方式提供冰層和水深結(jié)果，探測(cè)結(jié)果一目了然，分析、判讀直觀方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及探測(cè)雷達(dá)領(lǐng)域，尤其涉及一種冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在所有的自然災(zāi)害中，洪澇災(zāi)害發(fā)生最頻繁、影響人口最多，既帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，又影響社會(huì)穩(wěn)定。河流流域面臨兩類(lèi)洪水的威脅，一類(lèi)是暴雨洪水，一類(lèi)是冰凌洪水。其中冰凌洪水是影響因素最多，成災(zāi)機(jī)理最復(fù)雜的一種自然災(zāi)害，突發(fā)性強(qiáng)、漲勢(shì)猛、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且天寒地凍、防守困難。目前國(guó)內(nèi)冬季河流湖泊的水文觀測(cè)采用人工定點(diǎn)鉆孔的方式，探測(cè)冰厚和水深，在觀察區(qū)域內(nèi)采用固定距離或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定采樣點(diǎn)位后打孔測(cè)量，只能得到一些稀疏的采樣點(diǎn)結(jié)果，既不能形成連續(xù)的測(cè)量結(jié)果，也耗費(fèi)大量的人力物力。
[0003]隨著人類(lèi)對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的逐步深化，人們對(duì)江河湖泊在冬季結(jié)冰情況下冰厚和水深的精確探知變得越來(lái)越迫切。因此，亟需一種更方便、探測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確的方式實(shí)現(xiàn)在冬季結(jié)冰情況下對(duì)冰厚和水深的探測(cè)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問(wèn)題。探測(cè)雷達(dá)為了探測(cè)水體深度，通常采用低頻天線，但是探測(cè)精度低，不能滿(mǎn)足高精度冰層厚度探測(cè)的需求。探測(cè)雷達(dá)為了探測(cè)冰層厚度，通常采用高頻天線，但是探測(cè)深度淺，不能滿(mǎn)足隔冰探測(cè)水體深度的需求。為了能滿(mǎn)足冰厚和水深同時(shí)探測(cè)的需求，本申請(qǐng)采用了雙頻雙天線設(shè)計(jì)，高頻天線用于探測(cè)冰厚，低頻天線用于探測(cè)水深。采集后得到的兩個(gè)不同頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得到精確冰層厚度和水深數(shù)據(jù)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所述冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:探測(cè)雷達(dá)和安裝冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序的終端主機(jī)，所述探測(cè)雷達(dá)包括雷達(dá)主控板和脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)；
[0006]所述終端主機(jī)、所述雷達(dá)主控板和所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)順次雙向通信連接；
[0007]所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)包括時(shí)序基準(zhǔn)元器件、采樣控制器、發(fā)射模塊和接收模塊;所述發(fā)射模塊包括:順次單向信號(hào)通信連接的發(fā)射控制器、脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射天線;所述接收模塊包括:順次單向信號(hào)通信連接的接收天線、低噪聲帶通濾波器和放大器;所述時(shí)序基準(zhǔn)元器件分別與采樣控制器和發(fā)射控制器連接，所述采樣控制器還與放大器連接。
[0008]優(yōu)選地，所述雷達(dá)主控板與所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)分體式設(shè)置。
[0009]優(yōu)選地，所述終端主機(jī)為平板電腦。
[0010]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括:電源，所述電源與所述雷達(dá)主控板連接。
[0011]更優(yōu)選地，所述電源，包括高穩(wěn)定DC-DC電源和電壓變換電路，通過(guò)所述電壓變換電路，所述高穩(wěn)定DC-DC電源與所述雷達(dá)主控板供電連接。
[0012]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括測(cè)距輪，所述測(cè)距輪與所述雷達(dá)主控板連接，所述測(cè)距輪為光電編碼器。
[0013]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括定位芯片，所述定位芯片分別于所述終端主機(jī)和所述雷達(dá)主控板連接。
[0014]更優(yōu)選地，所述定位芯片為RTK-GPS定位芯片。
[0015]優(yōu)選地，所述雷達(dá)主控板上設(shè)置有主控芯片和均與所述主控芯片連接的網(wǎng)口控制芯片、時(shí)序控制器、延遲線芯片、參數(shù)寄存器、ADC芯片和處理器；
[0016]通過(guò)網(wǎng)口電路，所述網(wǎng)口控制芯片與終端主機(jī)通信連接，所述處理器與所述終端主機(jī)單向通訊連接。
[0017]優(yōu)選地，所述雷達(dá)主控板上的主控芯片為FPGA芯片。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0019]本實(shí)用新型解決了冬季河流冰層厚度和水深探測(cè)中不能隔冰層準(zhǔn)確測(cè)量水深、不能連續(xù)同步綜合測(cè)量冰厚水深、測(cè)量冰厚水深耗費(fèi)大量人力物力等問(wèn)題，所述冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，向冰面下方發(fā)射脈沖形式的雙頻寬帶電磁波，電磁波在傳播過(guò)程中遇到水面和河床時(shí)發(fā)生反射，反射信號(hào)到達(dá)冰層上表面后由接收天線接收，并經(jīng)過(guò)超寬帶接收機(jī)的轉(zhuǎn)換、放大、量化后形成雷達(dá)回波。根據(jù)回波極性、幅度、走時(shí)等參數(shù)，通過(guò)智能識(shí)別算法可自動(dòng)計(jì)算出冰層厚度和水深，實(shí)現(xiàn)冰厚水深連續(xù)同步綜合測(cè)量。本實(shí)用新型所述系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為快速、無(wú)損、連續(xù)探測(cè)，并以實(shí)時(shí)成像方式顯示冰層和水深結(jié)構(gòu)剖面，冰厚和水深數(shù)據(jù)直觀在屏幕上以數(shù)字方式顯示，同時(shí)提供探測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)功能，使探測(cè)結(jié)果一目了然，分析、判讀直觀方便。具體體現(xiàn)為:
[0020]1、利用本申請(qǐng)所述系統(tǒng)探測(cè)冰層厚度和冰下水深，不但可以替代鉆冰眼后下探深桿或測(cè)深錘獲取冰厚水深數(shù)據(jù)的原有方法，而且采用本申請(qǐng)具有快速、高效、連續(xù)、準(zhǔn)確、選擇測(cè)線靈活等特點(diǎn)，節(jié)約了大量人力物力，解決了冬季水文測(cè)量一直面臨的問(wèn)題。
[0021]2、本申請(qǐng)所述系統(tǒng)采用雙頻雙天線雷達(dá)系統(tǒng)，智能協(xié)調(diào)兩對(duì)天線的收發(fā)，避免雙天線互相干擾，兩個(gè)天線采集回來(lái)的數(shù)據(jù)采用融合算法，顯示在一張雷達(dá)圖上，可以對(duì)冰層厚度和冰層下水深進(jìn)行同步綜合探測(cè)，同時(shí)探測(cè)出冰厚和水深，解決了冰厚和水深需要分開(kāi)測(cè)量以及隔冰層難以準(zhǔn)確測(cè)量水深的難題。
[0022]3、本申請(qǐng)所述系統(tǒng)對(duì)冬季河流冰厚和水深進(jìn)行探測(cè)，實(shí)時(shí)得到冰厚和水深的精確數(shù)據(jù)，在顯示設(shè)備上直觀標(biāo)注出當(dāng)前設(shè)備下冰層厚度和水深數(shù)據(jù)，也可以實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前探測(cè)結(jié)果，解決了雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)判讀困難，需要專(zhuān)業(yè)人員經(jīng)長(zhǎng)期培訓(xùn)后才能操作設(shè)備的問(wèn)題，為水文觀測(cè)和防凌減災(zāi)提供了有效的技術(shù)手段。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖2是圖1中所述雷達(dá)主控板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是圖1脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的工作流程示意圖；
[0027]圖5是使用本申請(qǐng)所述系統(tǒng)在黑龍江省漠河北極村段上游河岸至中弘斷面測(cè)量的結(jié)果與人工測(cè)量結(jié)果的對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0029]本實(shí)用新型所述冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)(IGPR-10ICE Ground PenetratingRadar)是利用電磁波實(shí)現(xiàn)對(duì)河流冰層和水體深度的探測(cè)，電磁波在冰層和水體內(nèi)部傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形隨介質(zhì)的介電常數(shù)及幾何形態(tài)而變化。根據(jù)回波的時(shí)間、幅度與波形信息，可以計(jì)算出冰層厚度和水深，進(jìn)而在防凌破冰和水文觀測(cè)中發(fā)揮重要的作用。
[0030]實(shí)施例
[0031]本實(shí)施例所述冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:探測(cè)雷達(dá)和安裝冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序的終端主機(jī)，所述探測(cè)雷達(dá)包括雷達(dá)主控板和脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)；
[0032]所述終端主機(jī)、所述雷達(dá)主控板和所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)順次雙向通信連接；
[0033]所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)包括時(shí)序基準(zhǔn)元器件、采樣控制器、發(fā)射模塊和接收模塊;所述發(fā)射模塊包括:順次單向信號(hào)通信連接的發(fā)射控制器、脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射天線;所述接收模塊包括:順次單向信號(hào)通信連接接收天線、低噪聲帶通濾波器和放大器;所述時(shí)序基準(zhǔn)元器件分別與采樣控制器和發(fā)射控制器連接，所述采樣控制器還與放大器連接；
[0034]所述安裝冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序的終端主機(jī)，負(fù)責(zé)設(shè)置探測(cè)采集參數(shù)并形成相應(yīng)控制指令，并將控制指令發(fā)送給雷達(dá)主控板，同時(shí)，接收所述雷達(dá)主控板發(fā)送的雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)，將雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)中的所述探測(cè)雷達(dá)的路線坐標(biāo)點(diǎn)與每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)上的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)后，計(jì)算得到目標(biāo)測(cè)量區(qū)的冰厚和水深，實(shí)時(shí)顯示冰厚和水深；
[0035]所述雷達(dá)主控板，用于接收終端主機(jī)發(fā)送的控制指令，分析并獲得所述控制指令中的探測(cè)采集參數(shù)，形成命令后發(fā)送給脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)，同時(shí)，還用于將從脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主機(jī)；
[0036]所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)中的發(fā)射模塊，在接收到命令后，輻射雙頻電磁波；
[0037]所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)中的接收模塊，用于將接收到的從水面和河床反射回來(lái)的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻電流信號(hào)，然后傳給低噪聲帶通濾波器進(jìn)行濾波，再經(jīng)過(guò)放大器對(duì)射頻電流信號(hào)的放大處理，把處理結(jié)果發(fā)送給雷達(dá)主控板。
[0038]更詳細(xì)的解釋說(shuō)明為:
[0039](— )所述雷達(dá)主控板與所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)分體式設(shè)置。避免了回波模擬信號(hào)對(duì)雷達(dá)主控板的干擾，同時(shí)由于回波信號(hào)強(qiáng)度和探測(cè)目標(biāo)距離天線的遠(yuǎn)近有很直接的關(guān)系，離天線近的目標(biāo)回波強(qiáng)，距離天線遠(yuǎn)的目標(biāo)產(chǎn)生的回波信號(hào)很弱，在雷達(dá)接收機(jī)中加入時(shí)變?cè)鲆娣糯笃鳎鶕?jù)回波信號(hào)返回時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整回波信號(hào)的增益，使進(jìn)入取樣電路的回波信號(hào)強(qiáng)度變得相對(duì)平穩(wěn)。
[0040](二)所述終端主機(jī)為平板電腦，用于運(yùn)行冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)軟件和顯示探測(cè)結(jié)果;所述雷達(dá)主控板上的主控芯片為FPGA芯片；
[0041]所述需探測(cè)采集的參數(shù)包括采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、介電常數(shù)、探測(cè)方式和道間距。
[0042](三)所述系統(tǒng)還包括:電源、測(cè)距輪和定位芯片，所述電源、所述測(cè)距輪和所述定位芯片分別與所述雷達(dá)主控板連接，所述定位芯片還與所述終端主機(jī)連接；
[0043]所述電源，包括高穩(wěn)定DC-DC電源和電壓變換電路，通過(guò)所述電壓變換電路，所述高穩(wěn)定DC-DC電源與所述雷達(dá)主控板供電連接;高穩(wěn)定DC電源模塊具有寬電壓輸入范圍，并提供過(guò)流和短路、過(guò)壓、過(guò)熱等保護(hù)功能，是冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)開(kāi)展外場(chǎng)工作的有效保障；由于系統(tǒng)中各模塊工作電壓不同，電壓變換電路是為主控板中所有源器件提供所需的電壓。
[0044]所述測(cè)距輪，用于計(jì)算所述系統(tǒng)的位移數(shù)據(jù)，并將所述位移數(shù)據(jù)發(fā)送給雷達(dá)主控板;本申請(qǐng)中所述測(cè)距輪采用高精度光電編碼器，以計(jì)量光柵的方式計(jì)算位移，是一種精度高、響應(yīng)快性能穩(wěn)定可靠的測(cè)量位移方法，滿(mǎn)足本申請(qǐng)的需求。
[0045]所述定位芯片，用于測(cè)量所述系統(tǒng)走過(guò)的路線坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將所述路線坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給雷達(dá)主控板。所述定位芯片為RTK-GPS定位芯片。RTK-GPS定位芯片中使用的RTK定位技術(shù)就是一種基于載波相位觀測(cè)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供系統(tǒng)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。
[0046](四)所述雷達(dá)主控板上設(shè)置有主控芯片和均與所述主控芯片連接的網(wǎng)口控制芯片、時(shí)序控制器、延遲線芯片、參數(shù)寄存器、ADC芯片和處理器；
[0047]所述網(wǎng)口控制芯片，通過(guò)網(wǎng)口電路與所述終端主機(jī)連接，終端主機(jī)的控制指令通過(guò)網(wǎng)口控制芯片發(fā)送到所述雷達(dá)主控板，所述雷達(dá)主控板將接收到的雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)上傳到所述終端主機(jī)；
[0048]所述參數(shù)寄存器，存儲(chǔ)終端主機(jī)下傳的控制指令中包含的探測(cè)采集參數(shù)；
[0049]所述時(shí)序控制器:由雷達(dá)主控板上高精度溫補(bǔ)晶振提供時(shí)鐘源，在雷達(dá)主控板內(nèi)部經(jīng)鎖相環(huán)輸出，給其他模塊提供所需的時(shí)鐘頻率，驅(qū)動(dòng)其他模塊正常運(yùn)行，同時(shí)，根據(jù)參數(shù)寄存器傳輸過(guò)來(lái)的參數(shù)，確定發(fā)射脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖的時(shí)間；時(shí)序控制器還負(fù)責(zé)控制雷達(dá)主控板采集上傳的雷達(dá)數(shù)據(jù)和主機(jī)下發(fā)的控制指令的時(shí)序；
[0050]所述延遲線芯片，根據(jù)所述時(shí)序控制器發(fā)出的設(shè)置參數(shù)配置延遲線芯片的參數(shù)，所述延遲線芯片的參數(shù)與等效采樣過(guò)程中脈沖的遞進(jìn)延時(shí)發(fā)射參數(shù)一一對(duì)應(yīng)；
[0051]所述ADC芯片:上電后配置ADC芯片采用16位數(shù)據(jù)采樣模式，根據(jù)時(shí)序控制器傳遞過(guò)來(lái)的時(shí)序控制數(shù)據(jù)，確定讀取ADC芯片的輸出數(shù)據(jù)時(shí)刻，并通過(guò)時(shí)鐘正負(fù)沿采集的方式將ADC芯片輸出的8位數(shù)據(jù)拼接為16位數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)處理模塊；
[0052]所述處理器:ADC控制模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)緩存、拼接和整理、數(shù)據(jù)預(yù)處理后，實(shí)時(shí)同步發(fā)送給網(wǎng)口控制芯片；
[0053]所述同步發(fā)送模塊，將數(shù)據(jù)處理模塊處理后的結(jié)果實(shí)時(shí)同步發(fā)送到網(wǎng)口控制模塊。
[0054]本系統(tǒng)的脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)采用了雙頻雙天線設(shè)計(jì)，通過(guò)主控板控制兩個(gè)脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)分時(shí)工作，采集后得到的兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得到精確冰層厚度和水深數(shù)據(jù)，很好的解決了探深和探測(cè)精度相矛盾的問(wèn)題。
[0055]實(shí)施例2
[0056]本實(shí)施例是基于實(shí)施例1所述所述冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)方法，所述方法包括:
[0057]SI，對(duì)冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；
[0058]所述初始化設(shè)置包括:建立所述終端主機(jī)上的冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序與探測(cè)雷達(dá)的通信連接，將脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)的發(fā)射模塊和接收模塊設(shè)置為等效采樣狀態(tài);將雷達(dá)主控板上的ADC芯片配置成16位數(shù)據(jù)采樣模式。還包括配置網(wǎng)口通信的IP地址和端口；雷達(dá)主控板上FPGA芯片自動(dòng)從Flash中加載程序，并對(duì)外圍接口進(jìn)行配置，網(wǎng)口配置成TCP/IP協(xié)議模式，
[0059]S2，通過(guò)冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序進(jìn)行需探測(cè)采集參數(shù)設(shè)置，并形成相應(yīng)控制指令，發(fā)送給雷達(dá)主控板，雷達(dá)主控板根據(jù)接收到控制指令后，形成相對(duì)應(yīng)的命令;所述需探測(cè)采集的參數(shù)包括采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、介電常數(shù)、探測(cè)方式和道間距；
[0060]S3，發(fā)射雷達(dá)脈沖信號(hào)
[0061]根據(jù)雷達(dá)主控板發(fā)送的命令，在探測(cè)雷達(dá)處于行進(jìn)過(guò)程狀態(tài)的條件下，發(fā)射模塊向目標(biāo)測(cè)試區(qū)的冰層和水下發(fā)射兩種不同頻率的電磁波，且保證雷達(dá)信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)發(fā)射；
[0062]其中，光電編碼器固定在探測(cè)雷達(dá)外面的輪子上，作為測(cè)距輪，輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)電壓變化后由FPGA芯片采集，得到設(shè)備前進(jìn)速度和方向；
[0063]所述雷達(dá)信號(hào)脈沖發(fā)射的脈沖源采用雪崩三極管，利用三極管的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)極窄的脈沖信號(hào)，在時(shí)域中是零階的高斯脈沖，即脈沖源是一個(gè)能量壓縮的過(guò)程，能量存儲(chǔ)到瞬間釋放的一個(gè)過(guò)程，時(shí)域脈沖的帶寬是有脈沖源的帶寬決定的，本系統(tǒng)采用雙頻雙天線，發(fā)射兩個(gè)頻率脈沖到冰層和水下。
[0064]S4，接收回波信號(hào)
[0065]接收從水面和河床反射回來(lái)的電磁波并轉(zhuǎn)化為射頻電流信號(hào)，然后傳給低噪聲帶通濾波器進(jìn)行濾波，再經(jīng)過(guò)放大器對(duì)射頻電流信號(hào)的放大處理，把處理結(jié)果發(fā)送給雷達(dá)主控板；
[0066]S5，等效數(shù)據(jù)采樣
[0067]雷達(dá)主控板對(duì)步驟S4中的處理結(jié)果進(jìn)行等效采樣，在每個(gè)接收到回波信號(hào)脈沖周期內(nèi)只采樣一個(gè)點(diǎn)，采樣時(shí)間基準(zhǔn)經(jīng)過(guò)程控延遲線芯片，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的延遲時(shí)間產(chǎn)生采樣信號(hào)，多次采樣得到一組信號(hào)，拼接后形成一個(gè)完整的回波信號(hào)，復(fù)現(xiàn)原信號(hào)在時(shí)域中展寬的波形;等效采樣后的信號(hào)被ADC控制模塊16位量化，將獲取的模擬回波信號(hào)轉(zhuǎn)化成16位數(shù)字信號(hào)；
[0068]S6，將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給終端主機(jī)；
[0069]根據(jù)主機(jī)上應(yīng)用程序的預(yù)先配置，可以選擇TCP或UDP協(xié)議，把數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口傳送給主機(jī)進(jìn)行后期顯示和處理;在FPGA芯片中采集ADC送來(lái)的數(shù)據(jù)是利用ADC芯片給出的同步時(shí)鐘，所以在上一步數(shù)據(jù)拼接時(shí)采用的是雙端口 RAM，數(shù)據(jù)采集后從一個(gè)端口寫(xiě)入RAM，在RAM另一個(gè)端口讀出拼接后數(shù)據(jù)送給網(wǎng)口模塊進(jìn)行傳輸，網(wǎng)口模塊采用16位數(shù)據(jù)總線，速率可達(dá)到50Mbps，可以根據(jù)通信數(shù)據(jù)吞吐量動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)部存儲(chǔ)器的分配。
[0070]接收由雷達(dá)主控板通過(guò)網(wǎng)口送上來(lái)的雷達(dá)采集數(shù)據(jù)，根據(jù)工程命名規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)串口接收RTK-GPS芯片傳送過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)地理坐標(biāo)信息，地理坐標(biāo)與雷達(dá)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，為后續(xù)的分析提供技術(shù)支撐；
[0071 ] S7，終端主機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理;記數(shù)據(jù)A表示終端主機(jī)接收到的數(shù)字信號(hào)；
[0072]S71，對(duì)接收到數(shù)據(jù)A進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯處理；
[0073]對(duì)數(shù)據(jù)A進(jìn)行歸一化處理，得到數(shù)據(jù)B;
[0074]S72，對(duì)數(shù)據(jù)B進(jìn)行濾波處理和增益處理，得到處理后的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)據(jù);將雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)中的所述探測(cè)雷達(dá)的路線坐標(biāo)點(diǎn)與處理后的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)后；
[0075]S73，通過(guò)所述處理后的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)上冰厚和水深，在電子地圖顯不探測(cè)雷達(dá)彳丁走的路線坐標(biāo)點(diǎn)和每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)冰厚和水深；還可以將每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)冰厚和水深轉(zhuǎn)化成語(yǔ)音信號(hào)，通過(guò)語(yǔ)音播放器播放。
[0076]關(guān)于S71的說(shuō)明:原始數(shù)據(jù)中由于冰層雜質(zhì)、地形和人為誤操作等原因，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映實(shí)際冰水情況，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組織和修正，進(jìn)行歸一化處理。
[0077]關(guān)于S72的說(shuō)明:數(shù)據(jù)濾波，去除雷達(dá)數(shù)據(jù)中背景噪聲產(chǎn)生的失真和干擾，背景噪聲是由空間中其他電磁波、冰下不純凈介質(zhì)等因素引起的干擾，它的出現(xiàn)可能會(huì)掩蓋回波中的重要信息，在軟件中采用背景去除功能，可以去除背景噪聲；
[0078]增益處理，由于電磁波在傳播過(guò)程中的損耗，穿透深度越大，衰減越大，雷達(dá)回波信號(hào)越小，這就會(huì)導(dǎo)致對(duì)深層目標(biāo)探測(cè)的判讀產(chǎn)生困難，在軟件中可以通過(guò)設(shè)置對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行增益處理，對(duì)深層返回的微弱回波信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，更好的判讀出冰厚和水深信息。
[0079]關(guān)于S73的說(shuō)明:圖像顯示輸出，可以向操作者直觀提供探測(cè)處理結(jié)果，由于本申請(qǐng)針對(duì)冰層厚度和水深探測(cè)開(kāi)發(fā)，通過(guò)雙頻雙天線采集回的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，在軟件中進(jìn)行處理直接得到冰厚和水深的雷達(dá)圖像，可以通過(guò)軟件進(jìn)行圖像色階調(diào)整，利于在不同情況下觀察圖像數(shù)據(jù)；
[0080]數(shù)據(jù)顯示和語(yǔ)音播報(bào)，為了操作人員能直接看到當(dāng)前探測(cè)點(diǎn)的冰層厚度和水深數(shù)據(jù)，雷達(dá)軟件實(shí)時(shí)處理雷達(dá)數(shù)據(jù)，得到冰層厚度和水深，在顯示界面上以數(shù)字形式實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前探測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以用語(yǔ)音的方式實(shí)時(shí)播報(bào)當(dāng)前探測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，使操作員不用看屏幕就能知道當(dāng)前探測(cè)點(diǎn)的冰層厚度和水深。
[0081]冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序具有報(bào)表分析功能，對(duì)每條測(cè)線工程的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，生成基于時(shí)間、位置和冰厚水深的綜合測(cè)試圖，為水文信息探測(cè)和上報(bào)提供技術(shù)支撐，減少了人工繪制圖表的工作量。
[0082]將本實(shí)用新型所述系統(tǒng)于2016年I月28日在黑龍江漠河北極村上游河段進(jìn)行了測(cè)試，采用本系統(tǒng)在黑龍江省漠河北極村段上游河岸至中弘斷面測(cè)量的結(jié)果，其中灰色實(shí)線和黑色實(shí)線是采用本系統(tǒng)測(cè)量繪制出的冰厚水深曲線，在測(cè)量過(guò)程中對(duì)一些測(cè)量點(diǎn)采用人工打孔方式進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)量，從圖中可以看出，人工測(cè)量結(jié)果和本設(shè)備測(cè)量結(jié)果吻合。
[0083]通過(guò)采用本實(shí)用新型公開(kāi)的上述技術(shù)方案，得到了如下有益的效果:
[0084]本實(shí)用新型可以有效應(yīng)用于冬季河流湖泊等冰厚和水深探測(cè)中，采用雙頻雙天線設(shè)計(jì)，快速并連續(xù)的測(cè)量出測(cè)線下方冰層厚度和水深，測(cè)量高效，可以替代原人工測(cè)量方法，不但測(cè)量效率大大提高，并能實(shí)時(shí)得到所測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值，獲得連續(xù)的測(cè)量結(jié)果，以數(shù)值和語(yǔ)音的方式提供給測(cè)量者，得到更好的測(cè)量結(jié)果和測(cè)量體驗(yàn)，解決了水文觀測(cè)中需要人工打孔、采樣點(diǎn)少等困擾冬季水文觀測(cè)的難題。
[0085]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:探測(cè)雷達(dá)和安裝冰厚水深綜合探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用程序的終端主機(jī)，所述探測(cè)雷達(dá)包括雷達(dá)主控板和脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)； 所述終端主機(jī)、所述雷達(dá)主控板和所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)順次雙向通信連接； 所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)包括時(shí)序基準(zhǔn)元器件、采樣控制器、發(fā)射模塊和接收模塊;所述發(fā)射模塊包括:順次單向信號(hào)通信連接的發(fā)射控制器、脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射天線;所述接收模塊包括:順次單向信號(hào)通信連接的接收天線、低噪聲帶通濾波器和放大器;所述時(shí)序基準(zhǔn)元器件分別與采樣控制器和發(fā)射控制器連接，所述采樣控制器還與放大器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達(dá)主控板與所述脈沖信號(hào)收發(fā)機(jī)分體式設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述終端主機(jī)為平板電腦。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:電源，所述電源與所述雷達(dá)主控板連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述系統(tǒng)，其特征在于，所述電源，包括高穩(wěn)定DC-DC電源和電壓變換電路，通過(guò)所述電壓變換電路，所述高穩(wěn)定DC-DC電源與所述雷達(dá)主控板供電連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括測(cè)距輪，所述測(cè)距輪與所述雷達(dá)主控板連接，所述測(cè)距輪為光電編碼器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括定位芯片，所述定位芯片分別于所述終端主機(jī)和所述雷達(dá)主控板連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述系統(tǒng)，其特征在于，所述定位芯片為RTK-GPS定位芯片。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達(dá)主控板上設(shè)置有主控芯片和均與所述主控芯片連接的網(wǎng)口控制芯片、時(shí)序控制器、延遲線芯片、參數(shù)寄存器、ADC芯片和處理器； 通過(guò)網(wǎng)口電路，所述網(wǎng)口控制芯片與終端主機(jī)通信連接，所述處理器與所述終端主機(jī)單向通訊連接。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達(dá)主控板上的主控芯片為FPGA芯片。
【文檔編號(hào)】G01S13/88GK205507072SQ201620302049
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】陳潔, 李民, 白旭, 王小明, 崔海濤
【申請(qǐng)人】大連中?？萍及l(fā)展有限公司