[发明专利]基于速度网格统计的表面水流速度处理方法

说明书

本发明提供的基于速度网格统计的表面水流速度处理方法，涉及雷达信号处理领域，包括：1将雷达固定设置，通过雷达对水面的各个测量点进行径向距离R、径向速度U与角度θ参数的测量，得出水面速度；2定义X轴平行于水面，Y轴垂直于水面且经过雷达中心；将水面测量点结果设置到X‑Y坐标轴内；3使用均匀划分的速度网格在X‑Y坐标轴内对水面速度V_m的分布情况进行统计；选取出现次数最多的网格对应的速度为参考速度V_ref；4选择接近参考速度V_ref的所有水面速度V_m，求出均值V_mean作为最终输出的表面水流流速。本发明解决了雷达对一片水域范围的速度测量值的速度分布范围很广，无法直接使用的问题；通过将雷达测得的若干水流速度进行处理，得出一个符合整体水面情况的水流速度。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及基于速度网格统计的表面水流速度处理方法。

背景技术

精确测量输水设施水流流量，对于科学制定水资源分配、提高水资源利用率具有重要意义。明渠和管道作为水源输送的主要水利设施，可以使用雷达测量水流流速。如中国申请号为202011560093.5公开了一种水面测速雷达速度传感器，实现了测速雷达对水面的测速。

雷达通过向水面发射电磁波信号，并接收水面反射回来的电磁波信号，通过对接收信号的处理，获得每个水面测量点的距离、速度、角度等测量结果，通过对雷达测量结果的处理计算，获得表面水流流速。

为了得出水面速度，雷达天线的波束宽度要覆盖较大的水面，更多的取样使得测出结构可以反应处更加真实的水面速度，但因此会测得很多的反射点的速度测量值；这些速度测量值的速度分布范围通常很广，无法直接使用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供的基于速度网格统计的表面水流速度处理方法，可以将雷达测得的若干水流速度进行处理，得出一个符合整体水面情况的水流速度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明提供的基于速度网格统计的表面水流速度处理方法，包括：S101：将雷达固定设置，雷达的安装高度为H；雷达的安装角度为φ；雷达对水面测量点测量后，测量结果包括雷达到水面测量点的径向距离R、径向速度U与角度θ；S102：定义X轴平行于水面，Y轴垂直于水面且经过雷达中心；将测量值中的径向距离与角度转换到X-Y坐标系中；测量值在X-Y坐标系中的X轴坐标为x，测量值在X-Y坐标系中的Y轴坐标为y；利用测量值在X-Y坐标系中的坐标筛选测量值；其中第m组(1≤m≤M)测量结果包含径向距离R_m、径向速度U_m与角度θ_m，由此计算出水面速度S103：使用均匀划分的速度网格对水面速度V_m的分布情况进行统计；出现次数最多的网格对应的速度为参考速度V_ref；S104：选择接近参考速度V_ref的所有水面速度V_m，求出均值V_mean作为最终输出的表面水流流速。

本发明提供的基于速度网格统计的表面水流速度处理方法，优选地，步骤S102中筛选测量值的具体方法为：测量值在X-Y坐标系中的X轴坐标为x＝Rcos(φ+θ)，测量值在X-Y坐标系中的Y轴坐标为y＝H-Rsin(φ+θ)；定义雷达中线为垂直于雷达且经过雷达中心的直线；雷达中线与X轴的交点的X轴坐标记为α＝Hcot(φ)；选择同时满足以下要求的测量值：α-x_left≤x≤α+x_right；-y_low≤y≤y_high；其中x_left、x_right、y_low、y_high为非零的数。