1、引言
随着我国经济的发展，城镇化规模不断加大，受城市热岛、极端天气的影响，台风、暴雨，特别是局地强暴雨时有发生，城市容易产生内涝从而引发严重的社会问题和经济损失，对城市地下管网水位精准监测是实现城市洪涝监测预警预报与应急响应必不可少的技术支撑手段，而实现对城市地下管网水位监测，监测仪器就必须采用非接触式测量方式部署在地下管网检修井中长期无人值守工作，工作环境密闭且监测空间小则要求仪器的测量盲区小、通信通畅。但市场上已有的同类产品存在以下缺点：一、存在较大的盲区，水位测量精度无法满足流量推算要求；二是功耗大，不能满足长期无人值守监测的要求；三是通信方式基本都是基于GPRS方式，在密闭工作环境下通信可靠性差。
因此应用先进的调频连续波（FMCW）雷达波测量技术和聚焦透镜技术研制一款高精度的雷达液位监测装置解决城市地下管网水位精准监测问题和提升城市洪涝监测预警预报与应急响应能力方面具有重要意义。
2、总体结构
在分析调频连续波（FMCW）雷达的工作原理基础上,选用锯齿波作为雷达输入的调制信号；结构设计上一方面采用高度集成一体化设计理念，满足一体化雷达液位监测装置在城市地下管网窨井内或灌区测桥下应用要求，另一方面通过应用聚焦透镜，缩小120GHz毫米波的波束角，提高测量精度。其设计原理图如图1。
3、研制方案
一体化雷达液位监测装置在结构上主要分为数据采集部分、数据处理部分和数据传输部分。数据采集部分雷达传感器主要由120G毫米波收发模块和聚焦透镜组成，该部分功能是通过直接采用商业化的120G毫米波收发芯片和自主设计信号处理电路来实现，聚焦透镜设计则采用对雷达波束角度做3D仿真来得到满足要求的机械加工尺寸来实现。
4、设备设计指标
（1）水位量程：5m；
（2）雷达波束角：4°；
（3）雷达传感器工作频率:120G～126G；
（4）雷达传感器扫频带宽：6G；
（5）雷达传感器调制周期：10ms；
（6）水位测量精度：全量程±3mm；
（7）盲区：0.06m；
（8）工作温度：-25℃～+60℃；
（9）功耗：值守电流≤20μA (@7.2VDC)；
（10）通信方式：支持 GPRS 和 NB-IoT；
（11）适用范围：城市地下管网窨井内或灌区测桥下。
