[发明专利]精准定位的毫米波水流量监测方法及系统

权利要求书

1.一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于:

通过毫米波雷达对一区段内的河流表面划分若干网格，并采集每个所述网格的格流速；

通过摄像头采集所述区段内的河流表面及岸边图像，结合边缘算法提取所述河流表面的轮廓，再结合各个所述格流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述区段内的河流断面平均流量；

所述格流速的采集方法包括：

S1、对毫米波雷达照射河面的回波信号进行射频放大,正交解调和基带放大；

S2、通过正交解调的IQ信号进行A/D采样；

S3、对IQ信号进行脉冲压缩，实现距离上的高精度分辨率；

S4、通过加窗FFT计算、杂波抑制、非相干积累，得到功率谱；

S5、采用小波分析算法对所述功率谱进行计算，得到河流表面径向速度数据。

2.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述S4中，所述杂波抑制包括：对选取的m-1帧数据进行均值计算，将这m-1帧数据分别减去平均值，将数据零均值化，并将已零均值化的数据进行重构，将数据重置为n行m-1列，按列取数据并进行滤波及FFT加窗计算，再利用内插算法对杂波进行处理。

3.根据权利要求2所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述内插算法包括：先将中心点前后相同长度的数据进行平均处理，将平均值作为中心点前后内插的y值；再将要处理杂波部分的首尾两点字节数作为内插的x值；最后采用内插方法完成对零频杂波附近部分值的内插。

4.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述小波分析算法包括：

S51、对所述功率谱的各个频谱点做平滑；即，将每个频谱点左右相邻的各8个频谱点的平均值，作为该频谱点的值；

S52、找到幅度最大值所对应的频谱点，该频谱点左右各取8个相邻的频谱，并计算这17个频谱点的频率、幅度的加权平均，并将该平均值作为多普勒频率的估计值；

S53、连续采样；对每10个频谱图的估计值做一次平均，作为水流的多普勒频移，获得河流表面径向速度数据。

5.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述毫米波雷达的波束宽度小于2度。

6.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述河床模型通过摄像头采集河流不同水位的边缘轮廓，并结合边缘算法进行河床建模。

7.一种监测系统，用于权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于,包括:

监测基站，所述监测基站内设有收发模块、图像处理系统、信号处理单元、数据处理单元和云台控制单元；

云台架，所述云台架设立在河流的岸边，并且所述云台架顶部设有朝向所述河流同一个区段的窄波天线和摄像头，所述窄波天线、所述摄像头及所述云台架的伺服电机分别与对应的所述收发模块、所述图像处理系统及所述云台控制单元电性连接；

所述数据处理单元通过所述云台控制单元及所述图像处理系统对所述区段内各个时期中不同高度的河面边缘进行识别，并结合所述伺服电机的角度及图像边缘处理算法生成所述区段内的河床模型；

所述监测基站通过所述图像处理系统对所述区段内的河面进行网格划分，形成若干块区；

所述监测基站通过所述云台控制单元及所述收发模块对各个所述块区进行毫米波信号采集；

所述信号处理单元接收所述收发模块反馈的所述毫米波信号，并进行信号处理，所述数据处理单元根据处理后的信号对各个所述块区的表面流速进行计算，并结合表面流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述河流区段内的河流断面平均流速；

所述云台架包括：

基座，所述基座顶部设有水平的转台，所述基座设有驱动所述转台旋转的第一马达；所述转台顶部中央竖直的设有立柱；

摆台，所述摆台位于所述立柱的顶部，且所述摆台底部通过水平的铰接轴与所述立柱顶部铰接配合，所述立柱设有驱动所述摆台翻转的第二马达；所述摆台顶部中央垂直的设有支架，所述摆台对应所述支架的两侧分别垂直的设有轴头，两个所述轴头与所述支架呈直线排列，且排列方向与所述铰接轴相平行；

天线微调座，所述天线微调座成对设置，并分别配合在对应的两个所述轴头上；所述窄波天线包括第一天线和第二天线，所述第一天线与所述第二天线分别设置在对应的两个所述天线微调座顶部；所述摄像头设置在所述支架顶部，并且所述摄像头的朝向与所述铰接轴方向相垂直，并且所述摄像头高度与所述第一天线及所述第二天线中心高度平齐；

所述转台顶部设有与所述铰接轴朝向垂直的轨道，所述轨道顶部设有调节台，所述调节台与所述转台之间设有调节丝杠；所述调节台顶部中央竖直的设有内螺套，所述内螺套内螺纹配合有向上延伸的前束调节杆，两个所述天线微调座相近一侧的边缘分别与所述前束调节杆顶端之间铰接有鱼眼拉杆。