泥石流泥位雷达监测技术规程

泥石流泥位雷达监测技术规程什么是雷达雷达，是英文Radar的音译，源于radiodetectionandranging的缩写，原意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。其基本原理为对目标物发射探测波并接收其回波，由此获得目标至探测波发射点之间的距离。雷达的起源雷达起源于军事领域，雷达的出现，是由于一战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。雷达的发展二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。狭义与广义的雷达狭义的雷达：以电磁波为探测手段的雷达广义的雷达：具备反射效应的波均可作为探测手段，常用的有超声波雷达、激光雷达等。雷达的基本结构各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括:发射机、发射天线、接收机、接收天线，处理部分以及显示器、电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。雷达测距的原理雷达所起的作用跟眼睛和耳朵相似，它的信息载体是探测波。其原理是雷达设备的发射机通过天线吧探测波射向空间某一方向，处于此方向上的物体反射碰到的探测波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理；通过计算发射探测波与接收反射波的时间差，乘以探测波的波速即可获得反射物体与发射点之间的距离。测距是雷达的基本功能之一雷达测速的原理测量速度原理是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。测量目标方位原理是利用天线的尖锐方位波束，通过测量仰角靠窄的仰角波束，从而根据仰角和距离就能计算出目标高度。测速是雷达的另一个基本功能。雷达的优势测距精度高—测量精度可达毫米级测量范围大—普通电磁波雷达量程可达几十米测量距离远—地基雷达可测1-2km外目标非接触测量—不与监测目标接触，不影响监测目标变化应用领域广—军事、工业、农业、水利、地质均有应用雷达的分类雷达的分类有多种方式，按探测波类型分类，超声波雷达、电磁波雷达、激光雷达较为常见按照装载方式的不同，可分为固定式雷达、地基雷达、机载雷达、星载雷达。超声波雷达以超声波为探测波，通过获取超声波发射与反射时间差计算出被测体距离。超声波雷达的优点：通过性较强，不易受障碍物阻挡；原理简单、成本较低。超声波雷达的缺点：受限于声波的扩散特性，方向性较差；测量精度易受介质和温度影响；对波动剧烈的表面回波不理想；测量距离短。超声波雷达主要应用静止水面的液位监测，由于超声波雷达成本低、稳定性好，在水利行业的水库水位监测中应用较广；工业领域，由于超声波不易受障碍物干扰，主要适用于粉尘严重的料位监测；汽车领域，由于超声波雷达的探测波覆盖范围和传播距离适中，不易对其他车辆造成影响，倒车雷达普遍采用超声波雷达。电磁波雷达电磁波雷达是以电磁波作为探测手段的雷达，由于其应用范围广，优势较为明显，近年来发展较为迅猛。电磁波雷达主要优势有：电磁波传播速度快，监测速度高；电磁波的传播速度不受介质影响，可在真空环境下测量；测量距离远等。根据应用领域，电磁波雷达可利用不同波长和类型的电磁波满足不同的监测需求。常见的电磁波雷达包括厘米波雷达、毫米波雷达、激光雷达厘米波雷达厘米波雷达，是工作在厘米波波段探测的微波雷达。通常厘米波是指3~30GHz频域（波长为1~10cm）的电磁波。同其他微波导引头相比厘米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高等优点。厘米波雷达多用于目标精确定位和跟踪场合，如用作舰船导航雷达、武器控制雷达、靶场测量雷达以及机载气象雷达等。惯用的波长是10厘米（S波段）、5厘米（C波段）和3厘米（X波段）。厘米波雷达的优点：分辨率较高，结合合成孔径雷达技术的应用，使得厘米波雷达的分辨率达到光学图像的分辨率；能够远距离、全天候成像，对军事目标的探测通常采用厘米波雷达来实现。厘米波雷达主要应用军事领域，军事雷达通常采用厘米波雷达水文监测，河流水位监测工业领域，料位监测，尤其适用于不平整的颗粒型料位监测地质灾害领域，泥石流泥水位监测、滑坡监测等。毫米波雷达毫米波雷达工作在毫米波段。通常毫米波是指30～300GHz频段(波长为1～10mm)。毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。毫米波雷达的优点小天线口径、窄波束：高跟踪和引导精度；易于进行低仰角跟踪，抗地面多径和杂波干扰；对近空目标具有高横向分辨力；对区域成像和目标监视具备高角分辨力；窄波束的高抗干扰性能；高天线增益；容易检测小目标，包括电力线、电杆和弹丸等大带宽：具有高信息速率，容易采用窄脉冲或宽带调频信号获得目标的细节结构特征；具有宽的扩谱能力，减少多径、杂波并增强抗干扰能力；相邻频率的雷达或毫米波识别器工作，易克服相互干扰；高距离分辨力，易得到精确的目标跟踪和识别能力。高多普勒频率：慢目标和振动目标的良好检测和识别能力；易于利用目标多普勒频率特性进行目标特征识别；对干性大气污染的穿透特性，提供在尘埃、烟尘和干雪条件下的良好检测能力。毫米波雷达的劣势毫米波在雷达中应用的主要限制有：雨、雾和湿雪等高潮湿环境的衰减，以及大功率器件和插损的影响降低了毫米波雷达的探测距离；树丛穿透能力差，相比微波，对密树丛穿透力低；元器件成本高，加工精度相对要求高，单片收发集成电路的开发相对迟缓。毫米波雷达的应用军事领域：导弹制导、低空及地面目标截获、炮火控制和跟踪等汽车领域：24GHz毫米波雷达目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助；77GHz毫米波雷达主要实现紧急制动、自动跟车等主动安全功能。激光雷达激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。激光雷达的优点（1）分辨率高激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的),并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高,意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高,是激光雷达的最显著的优点,其多数应用都是基于此。（2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小,可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。（3）低空探测性能好微波雷达由于存在各种地物回波的影响,低空存在有一定区域的盲区(无法探测的区域)。而对于激光雷达来说,只有被照射的目标才会产生反射,完全不存在地物回波的影响，因此可以"零高度"工作，低空探测性能较微波雷达强了许多。（4）体积小、质量轻通常普通微波雷达的体积庞大，整套系统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至几十米。而激光雷达就要轻便、灵巧得多,发射望远镜的口径一般只有厘米级,整套系统的质量最小的只有几十公斤，架设、拆收都很简便。而且激光雷达的结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格也较低。激光雷达的缺点首先，工作时受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远。而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。如工作波长为10.6μm的co2激光，是所有激光中大气传输性能较好的,在坏天气的衰减是晴天的6倍。地面或低空使用的co2激光雷达的作用距离,晴天为10—20km,而坏天气则降至1km以内。而且,大气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。其次，由于激光雷达的波束极窄,在空间搜索目标非常困难，直接影响对非合作目标的截获概率和探测效率,只能在较小的范围内搜索、捕获目标，因而激光雷达较少单独直接应用于战场进行目标探测和搜索。激光雷达的用途激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。固定式雷达安装在固定位置，对固定对象或方向进行监测的雷达主要应用有：水利领域的水位监测，包括库水位、河流水位监测等；地质灾害监测领域，主要用于泥石流泥水位监测；交通领域；主要用于车辆测速。地基雷达主要实现远距离、大范围探测，多采用多波束阵列形式实现。主要用途包括：军事雷达，主要用于飞行物探测；气象雷达，主要用于云层探测；地质灾害领域主要用于滑坡、崩塌等大面积扫描监测。雷达在地质领域的应用泥石流监测主要采用固定式厘米波雷达实现对泥石流沟内泥水位的监测。精度高、稳定性强，不受天气影响。雷达在地质领域的应用滑坡监测主要采用地基干涉合成孔径雷达和三维激光扫描雷达实现对滑坡体大面积监测。测量距离远，覆盖范围