1、引言

隨著我國經濟的發展，城鎮化規模不斷加大，受城市熱島、極端天氣的影響，臺風、暴雨，特別是局地強暴雨時有發生，城市容易產生內澇從而引發嚴重的社會問題和經濟損失，對城市地下管網水位精準監測是實現城市洪澇監測預警預報與應急響應必不可少的技術支撐手段，而實現對城市地下管網水位監測，監測儀器就必須采用非接觸式測量方式部署在地下管網檢修井中長期無人值守工作，工作環境密閉且監測空間小則要求儀器的測量盲區小、通信通暢。但市場上已有的同類產品存在以下缺點：一、存在較大的盲區，水位測量精度無法滿足流量推算要求；二是功耗大，不能滿足長期無人值守監測的要求；三是通信方式基本都是基于GPRS方式，在密閉工作環境下通信可靠性差。

因此應用先進的調頻連續波（FMCW）雷達波測量技術和聚焦透鏡技術研制一款高精度的雷達液位監測裝置解決城市地下管網水位精準監測問題和提升城市洪澇監測預警預報與應急響應能力方面具有重要意義。

2、總體結構

在分析調頻連續波（FMCW）雷達的工作原理基礎上,選用鋸齒波作為雷達輸入的調制信號；結構設計上一方面采用高度集成一體化設計理念，滿足一體化雷達液位監測裝置在城市地下管網窨井內或灌區測橋下應用要求，另一方面通過應用聚焦透鏡，縮小120GHz毫米波的波束角，提高測量精度。其設計原理圖如圖1。

3、研制方案

一體化雷達液位監測裝置在結構上主要分為數據采集部分、數據處理部分和數據傳輸部分。數據采集部分雷達傳感器主要由120G毫米波收發模塊和聚焦透鏡組成，該部分功能是通過直接采用商業化的120G毫米波收發芯片和自主設計信號處理電路來實現，聚焦透鏡設計則采用對雷達波束角度做3D仿真來得到滿足要求的機械加工尺寸來實現。

4、設備設計指標

（1）水位量程：5m；

（2）雷達波束角：4°；

（3）雷達傳感器工作頻率:120G～126G；

（4）雷達傳感器掃頻帶寬：6G；

（5）雷達傳感器調制周期：10ms；

（6）水位測量精度：全量程±3mm；

（7）盲區：0.06m；

（8）工作溫度：-25℃～+60℃；

（9）功耗：值守電流≤20μA (@7.2VDC)；

（10）通信方式：支持 GPRS 和 NB-IoT；

（11）適用范圍：城市地下管網窨井內或灌區測橋下。


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