Радарное измерение уровня воды: помехи, ложные эхо-сигналы и оптимизация монтажа

METRAVON Радарное измерение уровня воды: помехи, ложные эхо-сигналы и оптимизация монтажа

измеряет расстояние от датчиков до поверхности воды, испуская электромагнитные волны, получая отклик от них. Поскольку датчики не должны находиться под водой, радар широко используется в реках, водохранилищах, открытых каналах и станциях уровня воды, установленных на мостах.

Однако с самого начала необходимо подумать об одной практической проблеме: Радар может принимать не только отражения поверхности воды.Если русло реки, берег реки, мостовые конструкции или другие объекты попадают в радиолокационный луч и генерируют достаточно сильное отражение, это может помешать отслеживанию цели.

1. Почему радары ошибочно принимают другие объекты за поверхность воды? РЛС

не излучает бесконечно тонких линий. Он производит лучи с заданной угловой расширением.

В зависимости от геометрии площадки балки могут включать:

фактической поверхности воды;
Обнажённое дно реки;
мелкие или мелкие берега; речные берега
мост
Опоры мостов;
мосты и металлические конструкции;
шлюзы и гидротехнические здания;
ветви и растительность;
Большие плавучие предметы.

Все эти цели будут звучать. Таким образом, инженерная проблема заключается не только в том, сможет ли радар «видеть» воду, но и в том, сможет ли он продолжать отслеживать правильные эхо поверхности воды в течение всего рабочего диапазона.

2. Почему высота установки важна?

По мере увеличения расстояния от грозы до цели область покрытия луча обычно расширяется.

Это означает, что радар, установленный высоко над рекой, может покрывать гораздо большую горизонтальную область при минимальном уровне воды. Этот больший след может включать:

Берега реки;
Обнажённое дно реки;
Плохие участки; опоры моста
Опоры мостов;
Расположенные рядом конструкции.

По этой причине выбор не должен ограничиваться вопросом: «Достаточен ли максимальный диапазон?» Также необходимо проверить опорную базу балки при максимальном, нормальном и исторически минимальном уровнях воды.

3. Какие сведения о месте установки следует собрать до начала монтажа?

Для мостовых, речных или водохранилищных проектов следующая информация особенно полезна при определении места установки:

Информация о месте установки	Почему это важно
Высота установки радара	Используется для оценки расстояния измерения и зоны действия луча при низком уровне воды
Исторический максимум уровня воды	Подтверждает требования к зазору в ближней зоне и защите от наводнений.
— исторический минимальный уровень воды.	— показывает, может ли дно или берег реки попадать в зону облучения.
— ширина реки.	— помогает определить, имеется ли достаточная площадь водной поверхности с достаточным зазором.
— расстояние до обоих берегов.	— используется для оценки риска возникновения стационарных отражателей на берегах.
— расположение опор и балок моста.	— позволяет определять положение основных стационарных отражателей.Не должно находиться за пределами основного пучка:
— «Водопады, зоны брызг или рециркуляция»;	— «Помогает избежать измерения нехарактерной или нестабильной поверхности воды»;

— «Инженерное правило»:Если основной луч радара чётко охватывает обнажённый русло реки или берег при историческом минимальном уровне воды, подавление ложных эхо не должно быть первым решением. Следует пересмотреть точку установки или использовать более узкий луч.

4. Почему узкий луч полезен при монтаже сложных мостовых конструкций?

РЛС высокой частоты, в том числе многие 80GHz Конструкции, могут использовать относительно компактную антенну для получения узкого луча.

Для мостов, узких рек и сложных гидравлических сооружений это позволяет более легко поддерживать центрирование основной измерительной зоны относительно поверхности воды, одновременно снижая воздействие берегов, опор и металлических конструкций.

Практическое преимущество 80GHz Поэтому в этих приложениях в основном и улучшенное разделение цели, а не просто более высокая передаваемая мощность.

5. Почему интерференция на дне реки чаще наблюдается в периоды низкого уровня воды?

При высоком уровне воды радар, как правило, регистрирует преобладающее отражение от поверхности воды.

По мере снижения уровня воды участки русла, прибрежные зоны и берега, ранее не входившие в зону эффективного измерения, могут начать попадать в луч радарного датчика.

Если радарная станция в течение большей части года работает стабильно, однако в периоды низкого уровня воды неоднократно демонстрирует ошибки с фиксированной амплитудой или резкие скачки в амплитуде сигнала, перед изменением параметров демпфирования или фильтрации следует проверить зону покрытия луча при минимальном уровне сигнала.

6. Всегда ли самый сильный эхо-сигнал исходит от поверхности воды?

Нет.

Вода зачастую вызывает сильный радарный эхо-сигнал, однако металлические конструкции, влажный бетон, влажная почва и мостовые сооружения также могут генерировать сильные эхо-сигналы.

Современный метод отслеживания целей на радиолокационных системах может использовать комбинацию следующих параметров:

Расстояние до эха;
Амплитуда эха;
Непрерывность исторических значений;
Настроенный диапазон измерений;
Известные участки с фиксированными помехами; логика отслеживания цели
Алгоритм сопровождения цели.

7. Можно ли идентифицировать воду исключительно по её движению?

Движение поверхности воды может служить дополнительным признаком, однако его не следует использовать в качестве единственного метода идентификации.

На спокойном водоеме движение поверхности может быть минимальным, тогда как плавающие таломаты, ветви и растительность также могут перемещаться. Следовательно, утверждение «движущаяся цель — это вода» не является надёжным практическим правилом.

8. Как окно измерения может снижать количество ложных целей?

Если возможный диапазон уровня воды уже известен, прибор зачастую можно настроить так, чтобы расстояния до целей, которые, очевидно, невозможны, не включались в нормальное отслеживание.

Например, если конструкция моста расположена на 1,5 м ниже датчика, а факический уровень воды в реке может находиться только в диапазоне от 5 до 12 м, адекватно настроенный измерительный диапазон может снизить вероятность того, что близлежащая стационарная конструкция будет ошибочно принята за поверхность воды.

9. Что такое фиксированный ложный эхо?

Если некорректные показания повторяются почти на одной и той же дистанции, следует заподозрить наличие фиксированного отражателя.

К типичным источникам относятся:

Мостовые балки;
Выступающие конструкции мостовых опор;
Металлические ограждения;
Шлюзы;
Фиксированные насыпи или удерживающие конструкции.

После подтверждения фактического положения водной поверхности можно использовать функцию построения карт ложных эхо-сигналов радара или функцию подавления фиксированных объектов для снижения влияния неизбежных фиксированных отражателей.

10.Почему кривая эха более полезна, чем одно числовое значение уровня воды?

Показанное значение, например 7,52 м, сообщает оператору, какое значение фиксирует прибор, но не указывает, на какую именно цель на самом деле нацелен радар.

Кривая эха может помочь определить:

Местоположение реального эха от поверхности воды;
Наличие второго сильного фиксированного эха;
Усиление эха от дна реки при снижении уровня воды;
Переход радарного датчика с поверхности воды на другую цель;

Рекомендуется сохранять опорную кривую эха при нормальном функционировании установки;

11. Могут ли плавущие таломусы приводить к ложным показаниям уровня воды?

Мелкие плавучие объекты, как правило, не формируют стабильную долгосрочную целевую зону, однако деревья, крупные обломки, плавучие маяки или густая плавучая растительность могут временно создавать интенсивное отражение.

Эти нарушения зачастую носят кратковременный и нерегулярный характер, поэтому перед тем как интерпретировать их как реальные изменения уровня воды, следует проанализировать исторические данные о тенденциях.

12.Чек-лист для установки радара на мосту для измерения уровня воды:

Проверка;	Рекомендация;
Максимальный уровень воды;	Проверка того, что поверхность остаётся за пределами минимального расстояния измерения радара;
Минимальный уровень воды;	Проверка того, что луч не охватывает обширную часть оголённого русла реки;
Улицы реки;	Обеспечение того, что они находятся за пределами основного луча в пределах ожидаемого диапазона уровней воды;
МостСтруктурные требования:	— сохранять главные балки, ограждающие стелы и опоры за пределами главных балок;
— состояние водной поверхности	По возможности избегайте водопадов, сильных брызг и интенсивной рециркуляции.

13. Рекомендуемый порядок устранения неисправностей:

Убедитесь в точном уровне воды с помощью штангового уровня или другого надёжного эталона.
Проверьте, находится ли текущее состояние уровня воды вблизи исторического минимума или максимума.
Проверьте положение крепления и фактическую зону распространения пучка.
Проанализируйте эхо-кривую.
Убедитесь, что настроенный диапазон измерения является адекватным.
Подавление ложных эхо следует применять только после того, как фиксированное помеховое явление будет четко идентифицировано.
Регулировку демпфирования или усреднения следует выполнять только при условии, что корректная целевая точка находится в процессе отслеживания.

Заключение:

Взаимное влияние радаров при определении уровня воды по своей сути представляет собой задачу с несколькими объектами: несколько объектов в пределах одного луча могут генерировать пригодные для использования отражения.

При установке радаров на реках и мостах контроль зоны охвата луча, как правило, оказывается более эффективным, чем использование дополнительного программного фильтрарования.При проектировании проекта необходимо комплексно учитывать положение установки, исторический минимум уровня воды и геометрию реки.

Для существующего сайта с аномальными показаниями наиболее полезной диагностической информацией обычно является фотография установки, исторический высокий и низкий уровень воды, угол луча радара и кривая эха.