一种超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法与流程

本发明涉及边坡形变监测设备，尤其涉及一种超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法。

背景技术：

1、边坡形变监测雷达主要应用于监测山体或矿坑等容易滑坡的地质体，以观察其在滑坡之前的缓慢蠕动形变过程。现有技术中边坡形变监测雷达主要采用圆弧合成孔径、滑轨合成孔径和mimo三种形式，但是上述各类型边坡形变监测雷达的有效工作带宽均比较窄（小于1ghz），因而距离分辨率以及成像刷新率通常都不高。且现有技术中边坡形变监测雷达通常都是通过对比每幅图像对应目标点的相位变化来计算出其形变，而距离分辨率通常在二三十厘米级，即每个目标点对应距离维的跨度会达到二三十厘米，因而无法实现厘米级目标的检测。

2、崩滑（滑坡、崩塌）发生的早期往往是小石头等厘米级小物体发生缓慢的移动，后期才会发生大尺寸或者整个山包整体滑落。在传统边坡形变监测雷达中，滑坡或崩塌发生早期小石头等小目标的缓慢变化在成像结果中会被认为是在同一个距离单元，使得无法检测到该类小目标的移动变化，而小尺寸滑落体正式滑坡早期的表现，因而边坡形变监测雷达无法实现滑坡早期的及时有效监测。

3、以合成孔径雷达为例，雷达是以一个圆弧迹线为运动路线，来回运行一次后完成一次完整的采数，然后形成一次成像图形。使用合成孔径雷达实现边坡形变的监测时，需要雷达先对场景进行数十次的成像后，使用这些成像结果作为对比基准，然后开始测量监测区域的形变，仅能够实现蠕动形变的监测。同时为了保证雷达在移动过程中的稳定可靠性，雷达转动或者移动的速度通常非常慢，且为了保证每次成像的叠加一致性，还需要在扫描结束后回归原始起点才完成一次完整的采数，导致成像刷新率低，基于该成像刷新率低就难以监测出崩滑的早期状态。

4、综上，传统边坡形变监测雷达均会存在工作带宽窄、距离分辨率低以及成像刷新率低等问题，且只能简单监测蠕动形变，不能有效监测滑坡或崩塌早期缓慢滑落的状态，因而无法实现滑坡或崩塌的预警。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、工作带宽宽、距离分辨率以及成像刷新率高的超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法，能够兼顾实现边坡形变监测以及崩滑早期监测，从而有效实现崩滑预警。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种超宽带边坡形变监测雷达系统，包括超宽带收发天线、超宽带收发机、超宽带频综模块以及信号处理模块，所述超宽带收发天线通过所述超宽带收发机分别与所述超宽带频综模块、所述信号处理模块连接，所述超宽带频综模块用于提供同步时钟以及产生所需的超宽带射频信号，所述超宽带射频信号通过所述超宽带收发机中发射机形成发射信号后，由所述超宽带收发天线中发射天线进行发射，所述超宽带收发天线中接收天线接收到射频回波信号后，通过所述超宽带收发机中接收机进行中频数据采集，由所述信号处理模块根据采集到数据分别进行形变量监测以及崩滑早期状态监测，以实现崩滑预警。

4、进一步的，所述超宽带频综模块采用直接数字式频率合成器，所述直接数字式频率合成器中设置有微带滤波器以用于滤除带外干扰。

5、进一步的，所述超宽带收发机中晶体管使用场效应晶体管，所述超宽带收发机中还设置有矩形系数超过指定值的高阶微带滤波器。

6、进一步的，所述超宽带频综模块的输出端还设置有功分模块，以用于将所述超宽带频综模块产生的超宽带射频信号功分为多路输出。

7、进一步的，所述信号处理模块包括用于接收采集数据的数据接收单元、用于监测形变量的形变监测单元、用于进行崩滑早期状态监测的崩滑监测单元以及用于发送预警信息的预警单元，所述数据接收单元分别通过所述形变监测单元以及崩滑监测单元与所述预警单元连接，所述预警单元根据所述形变监测单元、崩滑监测单元的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。

8、进一步的，所述崩滑监测单元包括依次连接的数据截取子单元、脉冲积累子单元、运动目标检测子单元以及判断子单元，所述数据截取子单元接收所述数据接收单元输出的数据，截图指定监测区域对应角度的数据后输出，由所述脉冲积累子单元对截取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累，所述运动目标检测子单元根据各个脉冲进行运动目标检测，所述判断子单元根据运动目标检测结果判断是否处于崩滑的早期状态。

9、进一步的，所述形变监测单元包括依次连接的数据抽取单元、脉冲积累成像子单元、ps点选取子单元以及形变累积计算单元，所述数据抽取单元接收所述数据接收单元输出的数据，按照指定间距进行数据抽取后输出，所述脉冲积累成像子单元将抽取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累成像，所述ps点选取子单元从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的ps点，所述形变累积计算单元通过比较各组成像图像的每幅图像中所述ps点的相位变化，计算出累计形变量输出。

10、一种用于实施上述超宽带边坡形变监测雷达系统的监测方法，步骤包括：

11、获取所述超宽带收发机中接收机输出的原始数据；

12、从当前获取到的原始数据中按照指定间距进行数据抽取，根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量；

13、从当前获取到的原始数据中截取指定监测区域对应角度的数据，根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态；

14、根据所述累计形变量、崩滑早期状态的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。

15、进一步的，所述根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量的步骤包括：

16、将抽取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累成像；

17、从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的ps点；

18、比较各组成像图像的每幅图像中所述ps点的相位变化，计算出对应的所述累计形变量。

19、进一步的，所述根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态包括：

20、将截取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累；

21、根据各个脉冲进行运动目标检测，得到运动目标检测结果；

22、如果检测到运动目标则判定当前处于崩滑早期状态，否则判定当前没有处于崩滑早期状态。

23、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过设置超宽带频综模块产生超宽带射频信号，结合超宽带收发天线、超宽带收发机进行超宽带射频信号的收发，可以形成超宽带雷达系统，使得可以显著提高工作带宽、距离分辨率以及成像刷新率，利用超宽带雷达系统的高工作带宽、高距离分辨率以及高成像刷新率的特性，使得使雷达具备厘米级小目标体监测的能力，在信号处理模块中对接收到的数据分别进行形变量监测以及崩滑早期状态监测，不仅可以更为精准的监测出形变量，还能够使得在成像结果中滑坡早期小目标缓慢变化的状态可以被有效监测到，从而结合形变监测与崩滑早期状态监测的结果实现崩滑预警；通过形变与崩滑监测双重的监测方式，还可以利用各自的监测结果相互进行验证，以最终确认崩滑的风险，可以有效提高崩滑预警的精度以及置信度。