基于毫米波MIMO FMCW雷达的明渠水槽表面流速感知实验研究

《IEICE Transactions on Communications》：Experimental study of surface velocity sensing in an open-channel flume using millimeter-wave MIMO FMCW radar

　　

摘要：

准确测量水面流速对于增进我们对河流水力学行为的理解以及提高洪水预测精度至关重要。然而，在受约束的明渠条件下，毫米波FMCW雷达对河面流速的响应特性尚未得到充分阐明。本研究在受控明渠环境中，针对不同渠道条件评估了毫米波FMCW雷达的性能。测量工作在不同掠射角和两种渠道坡度条件下进行，并将雷达获得的多普勒流速与激光多普勒流速仪（LDV）获取的参考测量值进行了对比。雷达信号还经过了动目标显示（MTI）滤波和非相干积分处理，并对每种实验条件下得到的距离-多普勒图谱进行了分析。结果表明，主导雷达响应通常与LDV测得的水面流速一致。在LDV测量位置处的接收功率倾向于随掠射角增大而增加，而较小的掠射角则提供了更宽的可观测区域，这表明在选择观测几何时存在一个实际的折中关系。此外，在受侧壁影响的条件下以及安装挡块的案例中，还观测到了LDV未能捕捉到的额外速度分量。这些观察结果表明，侧壁和障碍物相关的波动和/或杂波效应可能污染明渠测量中的距离-多普勒响应。总体而言，结果表明毫米波FMCW雷达作为水面流速测量的实用非接触式传感技术具有潜在应用价值，并阐明了部署时应考虑的几个实验因素。