秦子健++張曉霞

摘 要：雷達(dá)潮位儀是應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行潮位觀測的新型驗潮儀器。本文介紹了雷達(dá)潮位儀的測量原理、結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計思路，論述了雷達(dá)潮位在潮位觀測中的實際應(yīng)用，預(yù)測了雷達(dá)潮位儀在國內(nèi)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)潮位儀 潮位觀測 測繪 遙感

中圖分類號：P731 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0055-02

當(dāng)前，我國潮位測量技術(shù)發(fā)展滯后，仍然采用固定站位進(jìn)行潮汐觀測，該種觀測方法存在一定的測量誤差，首先海洋的圍填海工程減少了近岸與海灣的面積，灘涂露出水面，而部分地區(qū)觀測站的驗潮井設(shè)立于近岸，基準(zhǔn)面無法確定；其次長期使用的浮子驗潮儀，由于機(jī)械磨損、水尺生銹等原因?qū)⒃黾訙y量誤差，造成潮位長期測量的不準(zhǔn)確，影響潮位資料的記錄及相關(guān)預(yù)報。

本文雷達(dá)潮位儀研究的目的就是為了改進(jìn)我國目前潮位觀測方法，提高驗潮儀器測量精度和采樣頻率，將海洋測量尤其是潮位測量水平從原來的簡單、費時發(fā)展到自動化、數(shù)字化、無人值守，既提高了驗潮精度，又節(jié)省了人力成本。

1 雷達(dá)潮位儀測量原理

雷達(dá)潮位儀測量潮位技術(shù)前提要求根據(jù)實際水文氣象要素，設(shè)定一個測站基準(zhǔn)面Hb。雷達(dá)潮位儀主機(jī)發(fā)射微波信號，經(jīng)天線聚束照射到海面，海面將電磁波反射回雷達(dá)，接收天線收集海面反射的回波[1]，經(jīng)接收機(jī)放大，混頻，檢波等一系列處理，測量電磁波的往返延遲時間，運(yùn)用Ha=1/2△t×c，求出雷達(dá)潮位儀距離海面的實時高度[2]。該高度結(jié)果為一種模擬信號，經(jīng)過模數(shù)變換、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)傳入終端計算機(jī)。這時海面潮位的實時數(shù)據(jù)即為T=Hb—Ha。

2 雷達(dá)潮位儀測量方案設(shè)計

測量儀器距離自由海面的高度是潮位儀進(jìn)行測量的主要內(nèi)容。雷達(dá)接收到的調(diào)頻連續(xù)波可以在其工作的同時進(jìn)行實時處理，并將處理后準(zhǔn)確的潮位信息向終端輸出。輸出到終端的潮位數(shù)據(jù)可以在計算機(jī)上顯示并記錄儲存（見圖1）。

雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)分為四部分，雷達(dá)潮位儀主機(jī)、電壓信號模數(shù)轉(zhuǎn)換器（以下簡稱A/D轉(zhuǎn)換器）、無線傳輸設(shè)備以及終端計算機(jī)。雷達(dá)潮位儀主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)射、接收雷達(dá)回波信號，并將回波信號處理成4～20 mA的電流信號，傳入A/D轉(zhuǎn)換器。該電流信號的大小表征雷達(dá)到海面的高度。A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換[3]，將模擬信號數(shù)字化，以滿足遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)囊?。最后無線傳輸設(shè)備利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)[4]，將數(shù)據(jù)傳入安裝在實驗室的終端計算機(jī)，從而實現(xiàn)了從驗潮站到終端計算機(jī)的無線、雙向數(shù)據(jù)通信。終端計算機(jī)安裝了分析、處理軟件，用于對潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析和儲存（見圖2）。

3 雷達(dá)潮位儀在實際觀測中的應(yīng)用

為了驗證雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，進(jìn)行了為期一個月的驗證實驗。

3.1 實驗設(shè)計流程

（1）在驗潮站進(jìn)行雷達(dá)潮位儀的安裝、調(diào)試。

（2）進(jìn)行為期一個月的，無人值守的潮位資料記錄。

（3）將雷達(dá)潮位儀記錄、保存的潮位資料與驗潮站的傳統(tǒng)驗潮儀測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，并進(jìn)行測量精密度分析。

3.2 結(jié)果分析

（1）儀器準(zhǔn)確性驗證。

由于驗潮站潮位資料的保密性，僅取其中48 h數(shù)據(jù)作圖對比，以考察雷達(dá)潮位儀測量潮位值的準(zhǔn)確性。

利用貝塞爾公式

計算出雷達(dá)潮位儀潮位數(shù)據(jù)的均方差=±2.04 cm。

主要是由于浮子式驗潮儀整點時刻潮位數(shù)據(jù)由前后五分鐘潮位數(shù)據(jù)的平均值求出。由于雷達(dá)潮位儀每秒記錄兩個潮位數(shù)據(jù)，因此，在整點時刻上，本次雷達(dá)潮位儀實驗采用整點時刻內(nèi)潮位數(shù)據(jù)的平均值。

（2）儀器測量精密度。

利用平潮時，潮位處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，對雷達(dá)潮位儀儀器測量的精密度進(jìn)行了分析。選取實驗后24 h高高潮前后的平潮時期，進(jìn)行雷達(dá)潮位儀測量精密度的實驗。

根據(jù)浮子式驗潮儀的驗潮數(shù)據(jù)，當(dāng)天高高潮時刻為7：42分，潮高406 cm，平潮期間從7：33～7：50，共18 min。由于雷達(dá)潮位儀每秒鐘記錄兩個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)較豐富，因此本實驗將平潮時間均分為9段，每段2 min。由標(biāo)準(zhǔn)差公式：

雷達(dá)潮位儀在平潮期間各時間段平均潮位數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為σ=0.331。

數(shù)據(jù)表明，雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)能夠達(dá)到潮位測量的精度要求，可以用于潮位的測量。在一個月的連續(xù)觀測中，雷達(dá)潮位儀系統(tǒng)運(yùn)行良好，儀器工作穩(wěn)定，說明雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計時提出的無人值守的要求。

4 結(jié)語

雷達(dá)潮位儀是以遙感技術(shù)為核心，利用雷達(dá)發(fā)射、接收調(diào)頻連續(xù)波，計算雷達(dá)到海面距離的新型潮位測量設(shè)備。它能夠?qū)?shù)據(jù)通過模數(shù)變換、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)連入終端計算機(jī)，進(jìn)行潮位的實時觀測。通過與浮子式驗潮儀測量數(shù)據(jù)比較，表明雷達(dá)潮位儀潮位測量數(shù)據(jù)是可信的，測量系統(tǒng)滿足設(shè)計方案要求，具有廣闊的推廣空間。

參看文獻(xiàn)

[1] Skolnik M I.Introduction to Radar Systems[M].McGraw-Hill，NewYork，1962：648.

[2] 劉杰.線性調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)信號線性度分析和工程應(yīng)用[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2009（S1）.

[3] http：//baike.baidu.com/view/2618365.htm.

[4] 趙劉強(qiáng).基于嵌入式系統(tǒng)和GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究及實現(xiàn)[D].保定：河北電力大學(xué)，2009.endprint

摘 要：雷達(dá)潮位儀是應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行潮位觀測的新型驗潮儀器。本文介紹了雷達(dá)潮位儀的測量原理、結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計思路，論述了雷達(dá)潮位在潮位觀測中的實際應(yīng)用，預(yù)測了雷達(dá)潮位儀在國內(nèi)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)潮位儀 潮位觀測 測繪 遙感

中圖分類號：P731 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0055-02

當(dāng)前，我國潮位測量技術(shù)發(fā)展滯后，仍然采用固定站位進(jìn)行潮汐觀測，該種觀測方法存在一定的測量誤差，首先海洋的圍填海工程減少了近岸與海灣的面積，灘涂露出水面，而部分地區(qū)觀測站的驗潮井設(shè)立于近岸，基準(zhǔn)面無法確定；其次長期使用的浮子驗潮儀，由于機(jī)械磨損、水尺生銹等原因?qū)⒃黾訙y量誤差，造成潮位長期測量的不準(zhǔn)確，影響潮位資料的記錄及相關(guān)預(yù)報。

本文雷達(dá)潮位儀研究的目的就是為了改進(jìn)我國目前潮位觀測方法，提高驗潮儀器測量精度和采樣頻率，將海洋測量尤其是潮位測量水平從原來的簡單、費時發(fā)展到自動化、數(shù)字化、無人值守，既提高了驗潮精度，又節(jié)省了人力成本。

1 雷達(dá)潮位儀測量原理

雷達(dá)潮位儀測量潮位技術(shù)前提要求根據(jù)實際水文氣象要素，設(shè)定一個測站基準(zhǔn)面Hb。雷達(dá)潮位儀主機(jī)發(fā)射微波信號，經(jīng)天線聚束照射到海面，海面將電磁波反射回雷達(dá)，接收天線收集海面反射的回波[1]，經(jīng)接收機(jī)放大，混頻，檢波等一系列處理，測量電磁波的往返延遲時間，運(yùn)用Ha=1/2△t×c，求出雷達(dá)潮位儀距離海面的實時高度[2]。該高度結(jié)果為一種模擬信號，經(jīng)過模數(shù)變換、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)傳入終端計算機(jī)。這時海面潮位的實時數(shù)據(jù)即為T=Hb—Ha。

2 雷達(dá)潮位儀測量方案設(shè)計

測量儀器距離自由海面的高度是潮位儀進(jìn)行測量的主要內(nèi)容。雷達(dá)接收到的調(diào)頻連續(xù)波可以在其工作的同時進(jìn)行實時處理，并將處理后準(zhǔn)確的潮位信息向終端輸出。輸出到終端的潮位數(shù)據(jù)可以在計算機(jī)上顯示并記錄儲存（見圖1）。

雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)分為四部分，雷達(dá)潮位儀主機(jī)、電壓信號模數(shù)轉(zhuǎn)換器（以下簡稱A/D轉(zhuǎn)換器）、無線傳輸設(shè)備以及終端計算機(jī)。雷達(dá)潮位儀主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)射、接收雷達(dá)回波信號，并將回波信號處理成4～20 mA的電流信號，傳入A/D轉(zhuǎn)換器。該電流信號的大小表征雷達(dá)到海面的高度。A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換[3]，將模擬信號數(shù)字化，以滿足遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)囊?。最后無線傳輸設(shè)備利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)[4]，將數(shù)據(jù)傳入安裝在實驗室的終端計算機(jī)，從而實現(xiàn)了從驗潮站到終端計算機(jī)的無線、雙向數(shù)據(jù)通信。終端計算機(jī)安裝了分析、處理軟件，用于對潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析和儲存（見圖2）。

3 雷達(dá)潮位儀在實際觀測中的應(yīng)用

為了驗證雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，進(jìn)行了為期一個月的驗證實驗。

3.1 實驗設(shè)計流程

（1）在驗潮站進(jìn)行雷達(dá)潮位儀的安裝、調(diào)試。

（2）進(jìn)行為期一個月的，無人值守的潮位資料記錄。

（3）將雷達(dá)潮位儀記錄、保存的潮位資料與驗潮站的傳統(tǒng)驗潮儀測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，并進(jìn)行測量精密度分析。

3.2 結(jié)果分析

（1）儀器準(zhǔn)確性驗證。

由于驗潮站潮位資料的保密性，僅取其中48 h數(shù)據(jù)作圖對比，以考察雷達(dá)潮位儀測量潮位值的準(zhǔn)確性。

利用貝塞爾公式

計算出雷達(dá)潮位儀潮位數(shù)據(jù)的均方差=±2.04 cm。

主要是由于浮子式驗潮儀整點時刻潮位數(shù)據(jù)由前后五分鐘潮位數(shù)據(jù)的平均值求出。由于雷達(dá)潮位儀每秒記錄兩個潮位數(shù)據(jù)，因此，在整點時刻上，本次雷達(dá)潮位儀實驗采用整點時刻內(nèi)潮位數(shù)據(jù)的平均值。

（2）儀器測量精密度。

利用平潮時，潮位處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，對雷達(dá)潮位儀儀器測量的精密度進(jìn)行了分析。選取實驗后24 h高高潮前后的平潮時期，進(jìn)行雷達(dá)潮位儀測量精密度的實驗。

根據(jù)浮子式驗潮儀的驗潮數(shù)據(jù)，當(dāng)天高高潮時刻為7：42分，潮高406 cm，平潮期間從7：33～7：50，共18 min。由于雷達(dá)潮位儀每秒鐘記錄兩個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)較豐富，因此本實驗將平潮時間均分為9段，每段2 min。由標(biāo)準(zhǔn)差公式：

雷達(dá)潮位儀在平潮期間各時間段平均潮位數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為σ=0.331。

數(shù)據(jù)表明，雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)能夠達(dá)到潮位測量的精度要求，可以用于潮位的測量。在一個月的連續(xù)觀測中，雷達(dá)潮位儀系統(tǒng)運(yùn)行良好，儀器工作穩(wěn)定，說明雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計時提出的無人值守的要求。

4 結(jié)語

雷達(dá)潮位儀是以遙感技術(shù)為核心，利用雷達(dá)發(fā)射、接收調(diào)頻連續(xù)波，計算雷達(dá)到海面距離的新型潮位測量設(shè)備。它能夠?qū)?shù)據(jù)通過模數(shù)變換、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)連入終端計算機(jī)，進(jìn)行潮位的實時觀測。通過與浮子式驗潮儀測量數(shù)據(jù)比較，表明雷達(dá)潮位儀潮位測量數(shù)據(jù)是可信的，測量系統(tǒng)滿足設(shè)計方案要求，具有廣闊的推廣空間。

參看文獻(xiàn)

[1] Skolnik M I.Introduction to Radar Systems[M].McGraw-Hill，NewYork，1962：648.

[2] 劉杰.線性調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)信號線性度分析和工程應(yīng)用[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2009（S1）.

[3] http：//baike.baidu.com/view/2618365.htm.

[4] 趙劉強(qiáng).基于嵌入式系統(tǒng)和GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究及實現(xiàn)[D].保定：河北電力大學(xué)，2009.endprint

摘 要：雷達(dá)潮位儀是應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行潮位觀測的新型驗潮儀器。本文介紹了雷達(dá)潮位儀的測量原理、結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計思路，論述了雷達(dá)潮位在潮位觀測中的實際應(yīng)用，預(yù)測了雷達(dá)潮位儀在國內(nèi)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)潮位儀 潮位觀測 測繪 遙感

中圖分類號：P731 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0055-02

當(dāng)前，我國潮位測量技術(shù)發(fā)展滯后，仍然采用固定站位進(jìn)行潮汐觀測，該種觀測方法存在一定的測量誤差，首先海洋的圍填海工程減少了近岸與海灣的面積，灘涂露出水面，而部分地區(qū)觀測站的驗潮井設(shè)立于近岸，基準(zhǔn)面無法確定；其次長期使用的浮子驗潮儀，由于機(jī)械磨損、水尺生銹等原因?qū)⒃黾訙y量誤差，造成潮位長期測量的不準(zhǔn)確，影響潮位資料的記錄及相關(guān)預(yù)報。

本文雷達(dá)潮位儀研究的目的就是為了改進(jìn)我國目前潮位觀測方法，提高驗潮儀器測量精度和采樣頻率，將海洋測量尤其是潮位測量水平從原來的簡單、費時發(fā)展到自動化、數(shù)字化、無人值守，既提高了驗潮精度，又節(jié)省了人力成本。

1 雷達(dá)潮位儀測量原理

雷達(dá)潮位儀測量潮位技術(shù)前提要求根據(jù)實際水文氣象要素，設(shè)定一個測站基準(zhǔn)面Hb。雷達(dá)潮位儀主機(jī)發(fā)射微波信號，經(jīng)天線聚束照射到海面，海面將電磁波反射回雷達(dá)，接收天線收集海面反射的回波[1]，經(jīng)接收機(jī)放大，混頻，檢波等一系列處理，測量電磁波的往返延遲時間，運(yùn)用Ha=1/2△t×c，求出雷達(dá)潮位儀距離海面的實時高度[2]。該高度結(jié)果為一種模擬信號，經(jīng)過模數(shù)變換、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)傳入終端計算機(jī)。這時海面潮位的實時數(shù)據(jù)即為T=Hb—Ha。

2 雷達(dá)潮位儀測量方案設(shè)計

測量儀器距離自由海面的高度是潮位儀進(jìn)行測量的主要內(nèi)容。雷達(dá)接收到的調(diào)頻連續(xù)波可以在其工作的同時進(jìn)行實時處理，并將處理后準(zhǔn)確的潮位信息向終端輸出。輸出到終端的潮位數(shù)據(jù)可以在計算機(jī)上顯示并記錄儲存（見圖1）。

雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)分為四部分，雷達(dá)潮位儀主機(jī)、電壓信號模數(shù)轉(zhuǎn)換器（以下簡稱A/D轉(zhuǎn)換器）、無線傳輸設(shè)備以及終端計算機(jī)。雷達(dá)潮位儀主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)射、接收雷達(dá)回波信號，并將回波信號處理成4～20 mA的電流信號，傳入A/D轉(zhuǎn)換器。該電流信號的大小表征雷達(dá)到海面的高度。A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換[3]，將模擬信號數(shù)字化，以滿足遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)囊?。最后無線傳輸設(shè)備利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)[4]，將數(shù)據(jù)傳入安裝在實驗室的終端計算機(jī)，從而實現(xiàn)了從驗潮站到終端計算機(jī)的無線、雙向數(shù)據(jù)通信。終端計算機(jī)安裝了分析、處理軟件，用于對潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析和儲存（見圖2）。

3 雷達(dá)潮位儀在實際觀測中的應(yīng)用

為了驗證雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，進(jìn)行了為期一個月的驗證實驗。

3.1 實驗設(shè)計流程

（1）在驗潮站進(jìn)行雷達(dá)潮位儀的安裝、調(diào)試。

（2）進(jìn)行為期一個月的，無人值守的潮位資料記錄。

（3）將雷達(dá)潮位儀記錄、保存的潮位資料與驗潮站的傳統(tǒng)驗潮儀測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，并進(jìn)行測量精密度分析。

3.2 結(jié)果分析

（1）儀器準(zhǔn)確性驗證。

由于驗潮站潮位資料的保密性，僅取其中48 h數(shù)據(jù)作圖對比，以考察雷達(dá)潮位儀測量潮位值的準(zhǔn)確性。

利用貝塞爾公式

計算出雷達(dá)潮位儀潮位數(shù)據(jù)的均方差=±2.04 cm。

主要是由于浮子式驗潮儀整點時刻潮位數(shù)據(jù)由前后五分鐘潮位數(shù)據(jù)的平均值求出。由于雷達(dá)潮位儀每秒記錄兩個潮位數(shù)據(jù)，因此，在整點時刻上，本次雷達(dá)潮位儀實驗采用整點時刻內(nèi)潮位數(shù)據(jù)的平均值。

（2）儀器測量精密度。

利用平潮時，潮位處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，對雷達(dá)潮位儀儀器測量的精密度進(jìn)行了分析。選取實驗后24 h高高潮前后的平潮時期，進(jìn)行雷達(dá)潮位儀測量精密度的實驗。

根據(jù)浮子式驗潮儀的驗潮數(shù)據(jù)，當(dāng)天高高潮時刻為7：42分，潮高406 cm，平潮期間從7：33～7：50，共18 min。由于雷達(dá)潮位儀每秒鐘記錄兩個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)較豐富，因此本實驗將平潮時間均分為9段，每段2 min。由標(biāo)準(zhǔn)差公式：

雷達(dá)潮位儀在平潮期間各時間段平均潮位數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為σ=0.331。

數(shù)據(jù)表明，雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)能夠達(dá)到潮位測量的精度要求，可以用于潮位的測量。在一個月的連續(xù)觀測中，雷達(dá)潮位儀系統(tǒng)運(yùn)行良好，儀器工作穩(wěn)定，說明雷達(dá)潮位儀測量系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計時提出的無人值守的要求。

4 結(jié)語

雷達(dá)潮位儀是以遙感技術(shù)為核心，利用雷達(dá)發(fā)射、接收調(diào)頻連續(xù)波，計算雷達(dá)到海面距離的新型潮位測量設(shè)備。它能夠?qū)?shù)據(jù)通過模數(shù)變換、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)連入終端計算機(jī)，進(jìn)行潮位的實時觀測。通過與浮子式驗潮儀測量數(shù)據(jù)比較，表明雷達(dá)潮位儀潮位測量數(shù)據(jù)是可信的，測量系統(tǒng)滿足設(shè)計方案要求，具有廣闊的推廣空間。

參看文獻(xiàn)

[1] Skolnik M I.Introduction to Radar Systems[M].McGraw-Hill，NewYork，1962：648.

[2] 劉杰.線性調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)信號線性度分析和工程應(yīng)用[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2009（S1）.

[3] http：//baike.baidu.com/view/2618365.htm.

[4] 趙劉強(qiáng).基于嵌入式系統(tǒng)和GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究及實現(xiàn)[D].保定：河北電力大學(xué)，2009.endprint