1,、引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化規(guī)模不斷加大,，受城市熱島,、極端天氣的影響，臺風(fēng),、暴雨,，特別是局地強暴雨時有發(fā)生，城市容易產(chǎn)生內(nèi)澇從而引發(fā)嚴(yán)重的社會問題和經(jīng)濟(jì)損失,，對城市地下管網(wǎng)水位精準(zhǔn)監(jiān)測是實現(xiàn)城市洪澇監(jiān)測預(yù)警預(yù)報與應(yīng)急響應(yīng)必不可少的技術(shù)支撐手段,，而實現(xiàn)對城市地下管網(wǎng)水位監(jiān)測，監(jiān)測儀器就必須采用非接觸式測量方式部署在地下管網(wǎng)檢修井中長期無人值守工作,，工作環(huán)境密閉且監(jiān)測空間小則要求儀器的測量盲區(qū)小,、通信通暢。但市場上已有的同類產(chǎn)品存在以下缺點：一,、存在較大的盲區(qū),，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(jiān)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(huán)境下通信可靠性差。
因此應(yīng)用先進(jìn)的調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)波測量技術(shù)和聚焦透鏡技術(shù)研制一款高精度的雷達(dá)液位監(jiān)測裝置解決城市地下管網(wǎng)水位精準(zhǔn)監(jiān)測問題和提升城市洪澇監(jiān)測預(yù)警預(yù)報與應(yīng)急響應(yīng)能力方面具有重要意義,。
2,、總體結(jié)構(gòu)
在分析調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)的工作原理基礎(chǔ)上,選用鋸齒波作為雷達(dá)輸入的調(diào)制信號；結(jié)構(gòu)設(shè)計上一方面采用高度集成一體化設(shè)計理念,，滿足一體化雷達(dá)液位監(jiān)測裝置在城市地下管網(wǎng)窨井內(nèi)或灌區(qū)測橋下應(yīng)用要求,，另一方面通過應(yīng)用聚焦透鏡，縮小120GHz毫米波的波束角,，提高測量精度,。其設(shè)計原理圖如圖1。
3,、研制方案
一體化雷達(dá)液位監(jiān)測裝置在結(jié)構(gòu)上主要分為數(shù)據(jù)采集部分,、數(shù)據(jù)處理部分和數(shù)據(jù)傳輸部分。數(shù)據(jù)采集部分雷達(dá)傳感器主要由120G毫米波收發(fā)模塊和聚焦透鏡組成,，該部分功能是通過直接采用商業(yè)化的120G毫米波收發(fā)芯片和自主設(shè)計信號處理電路來實現(xiàn),，聚焦透鏡設(shè)計則采用對雷達(dá)波束角度做3D仿真來得到滿足要求的機(jī)械加工尺寸來實現(xiàn)。
4,、設(shè)備設(shè)計指標(biāo)
（1）水位量程：5m,；
（2）雷達(dá)波束角：4°；
（3）雷達(dá)傳感器工作頻率:120G～126G,；
（4）雷達(dá)傳感器掃頻帶寬：6G,；
（5）雷達(dá)傳感器調(diào)制周期：10ms；
（6）水位測量精度：全量程±3mm,；
（7）盲區(qū)：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(wǎng)窨井內(nèi)或灌區(qū)測橋下。
