河流、湖泊、海洋的水文监测对人们的生产生活至关重要。水位和流速无疑又是在水文监测中最重要的两项参数。雷达式水位流速仪作为测水位和流速的一种仪器,具有其他测量仪器无法比拟的优势。所以研制高精度、低成本的水位流速雷达具有重大意义。根据课题的要求,从雷达测距和测速的理论出发,参考国内外同类产品的架构,提出了水位流速雷达的参数,制定了雷达的总体方案并进行了可行性论证。本文设计的雷达式水位流速仪,通过开关切换可以完成流速和水位的测量。该水位流速雷达可以分为两部分,即射频前端和信号处理。射频前端系统主要包括信号源、发射支路、接收支路、中频滤波电路和自动增益控制电路(AGC)等。雷达采用不同的发射信号来实现水位和流速的测量,水位测量采用11.5~12.5GHz三角波线性调频信号,流速测量采用12GHz单频连续波信号。信号源采用“DDS+PLL”的方案,容易实现大带宽,高线性度的线性调频信号,也方便不同信号的切换。射频前端利用一根天线进行收发,发射和接收使用环形器隔离,这样有利于实现射频前端系统的小型化。信号处理系统主要包括单端转差分电路、ADC采样模块、测角模块、存储模块和串口通信模块等。在差频信号的频率测量中,采用了变频采样方案,主要是按照频率将差频信号分为不同的几段,不同频段的差频信号对应不同的采样频率,这样使得在FPGA资源有限的条件下,使差频信号的测频误差达到了系统要求。最后根据整体方案设计了雷达中各个电路模块,包括“DDS+PLL”电路、发夹带通滤波器、功率放大器、功分器、环形器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、AGC电路、单端转差分电路、测角电路、串口通信电路、FPGA最小系统等。在硬件制作完成后,先分别对射频前端系统和信号处理系统做了单独的调试,然后再将两者级联在一起完成了雷达的整体测试,并利用电缆及天线进行了模拟测试。结果表明该雷达能够实现水位测量和流速测量功能,并能达到10 mm及0.3m/s的测试精度,满足预期指标。