用于监测场景的表面变形的方法和设备技术

一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，所述方法包括以下步骤：对雷达传感器进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成发射并获取雷达信号的至少一个发射天线和接收天线，所述雷达传感器被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器被配置成使得所述天线的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点s

Methods and equipment for monitoring surface deformation of scenes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测场景的表面变形的方法和设备
本专利技术涉及用于环境监测的雷达遥感领域。具体来说，本专利技术涉及借助于基于地面的差分干涉测量法合成孔径雷达技术(SyntheticaperturesRadar，SAR)监测场景的表面变形的领域。
技术介绍
采用SAR技术的干涉测量法非常适用于监测斜坡、建筑立面、水坝、桥梁等等，以用于获得地面位移或结构的亚毫米精确测量以便在最差状况下预测可能的崩塌或损坏且启用预防和恢复方法，以确保有时间清理可能受崩塌影响的区域且进而保证在所述区域工作、生活或管理所述区域的人员的安全。众所周知，基于地面的干涉测量雷达系统SAR沿着通常是线性的轨迹处置雷达传感器，所述雷达传感器在移动期间发射在微波频带中的信号且对由所观测场景反射的接收到的信号进行连贯地解调，并且计算接收到的信号，由此获得所观测场景的二维图像。具体来说，所观测场景的二维图像通过基于傅立叶变换且被称作“聚焦”的后处理的复杂过程获得，从而允许以较高空间分辨率生成图像。SAR技术与干涉测量技术组合从而以二维分辨率获得所观测场景的变形或位移的信息。具体来说，两个时刻t1与t2之间的变形通过得到在时刻t1借助于SAR技术获得图像的步骤与在时刻t2类似地获得图像的步骤之间的相位差来计算，其中所测量位移Δd对应于：其中且λ是所发射信号的波长。基于地面的干涉测量雷达系统广泛地用于变形监测。在这些系统中，干涉测量技术与其它雷达技术相结合以便获得变形的二维图像。举例来说，在EP2392943中所描述的系统中，SAR线性技术用于获得水平角分辨率Δφ0，其应用以下公式：其中λ是所发射射频信号的波长且L是运用机械轴线进行的线性扫描的长度。距离的分辨率ΔR实际上通过发射且接收在被称作所发射信号频带的频率范围B上的线性调频信号(LFMCW)来获得，根据以下公式：所述获取由在由机械轴线施加的线性扫描期间通过雷达传感器以规则间隔重复LFMCW捕获组成。此类所阐述解决方案的水平视场受供雷达传感器使用的天线的视场限制，所述视场通常与天线的中等功率水平射束相关联。在任何状况下，即使在理想天线的状况下，所述视场也可不超过180°。另外，角分辨率并非均匀的但远离正交于扫描方向的方向(指向方向)降低，根据以下公式：其中φ是所考虑方向与指向方向之间设定的角度；由此，在±90°的极端方向，角分辨率分散到无穷大。出于此原因，接受因子2的角分辨率的最大降低的最大实际水平视场为约120°。“ArcFMCWSARandApplicationsinGroundMonitoring”,IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing(2014年9月)中提议用于超过视场及不均匀角分辨率的此限制性的可能解决方案。在此文件中，SAR技术被电弧SAR技术替换，其中雷达传感器在线性调频信号穿过平坦轨迹时发射且接收所述线性调频信号，所述平坦轨迹使雷达维持沿着径向方向被发射。因此，有可能获得具有360°理论水平视场的场景的二维图像。不同于线性SAR技术，电弧SAR技术的角分辨率在整个360°视场内保持恒定。然而，运用电弧SAR技术，分辨率在所观测目标不与旋转平面位于相同高度的情况下开始降低。具体来说，如果目标相对于旋转平面的抬升角度β较高，那么分辨率会降低。实际上，在聚焦过程期间，在雷达获取之后，计算电弧SAR数据，从而添加接收到的信号的所有促成因素，直到目标在发射和接收天线的半功率射束内为止，从而补偿角度调制的相位项。然而，在不知晓目标的抬升的情况下，标准焦点公式假设目标在旋转平面上。这意味着零抬升目标经过理想地聚焦，但当抬升角度β增加时，分辨率按比例降低。为了克服此不便，在于聚焦过程中考虑所观测场景的抬升的平均值β0的情况下，前述文件提议一种用于补偿分辨率的降低效应的方法。然而，此方法在所观测场景相对于参考值呈现有限范围的抬升角度的情况下是有效的，使得降低的可感知性降低。举例来说，对于平均值β0＝15°，抬升角度的可接受范围介于约10°与19°之间。相反地，在具有抬升角度的较大偏移的情境的状况下，分辨率降低无法通过此方法解决。2016年2月9日公开的文件“用于检测目标抬升的ArcSAR”(MassimilianoPieraccini等人)，描述一种用于通过测量在不同高度或具有不同半径下执行的ArcSAR获取之间的相位差来确定目标相对于ArcSAR获取的旋转平面的抬升的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术的特征在于提供一种用于借助于与SAR技术组合的差分干涉测量法技术来监测场景的表面变形的方法，所述方法同样在特征在于相对于旋转平面的宽抬升角度范围的场景的状况下使得有可能获得比现有技术更好获取的干涉测量数据的角分辨率。本专利技术的特征还在于提供一种允许具有相对于现有技术减少的计算时间和成本的雷达数据处理步骤的此方法。本专利技术的特征还在于提供允许在允许三维重建构观察到的场景的不同获取高度下实行干涉测量获取雷达的此方法。本专利技术的特征还在于提供一种实施此方法的设备。通过一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法实现这些和其它目标，所述方法包括以下步骤：-对雷达传感器进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成发射并获取雷达信号的至少一个发射天线和接收天线，所述雷达传感器被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；-限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；-借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器被配置成使得所述天线的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据；-限定所述场景的多个目标点ti，可借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi,θi,βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的；其主要特征是还提供通过以下步骤三维确定所述目标点ti的步骤：-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第二获取高度ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；-借助于干涉测量技术控制所述获取高度ha1和ha2处的所述聚焦，从而获得每个目标点的所述坐标βi的所述值；且此外提供使每个目标点ti相对于其自身的可由所述球面坐标(ρi,θi,βi)限定的三维位置进行全局聚焦的步骤，从而获得第一聚焦雷达基准面，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。因此，通过本专利技术，有可能获得所述多个目标点的相对于现有技术高得多的分辨率下的聚焦，这是因为每个点相对于含有所述平坦轨迹γ的平面聚焦到其自身的实际高度。此接着避免对不在其正视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，所述方法包括以下步骤：/n对雷达传感器(110)进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成发射并获取雷达信号的至少一个发射天线(111)和接收天线(112)，所述雷达传感器(110)被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；/n限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；/n借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器(110)来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器(110)被配置成使得所述天线(111、112)的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点s

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20161215 IT 1020160001271521.一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，所述方法包括以下步骤：
对雷达传感器(110)进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成发射并获取雷达信号的至少一个发射天线(111)和接收天线(112)，所述雷达传感器(110)被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；
限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；
借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器(110)来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器(110)被配置成使得所述天线(111、112)的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据；
限定所述场景的多个目标点ti，能够借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi,θi,βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的；
所述方法的特征在于其另外包括借助于以下步骤三维确定所述目标点ti的步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第二获取高度ha2≠hα1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
借助于干涉测量技术控制所述获取高度ha1和ha2处的所述聚焦，从而获得每个目标点的所述坐标βi的值；
且特征在于此外提供使每个目标点ti相对于其自身的能够由所述球面坐标(ρi,θi,βi)限定的三维位置进行全局聚焦的步骤，从而获得第一聚焦雷达基准面，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。


2.根据权利要求1所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中，在所述全局聚焦步骤下游提供以下所述步骤的反复：
借助于SAR技术获取所述场景；
全局聚焦每个目标点ti，从而获得第二聚焦雷达基准面；
且其中接着提供借助于差分干涉测量法技术比较所述第一与第二聚焦基准面的步骤，以便监测所述场景的变化并测量其变形。


3.根据权利要求1所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中在三维确定所述目标点ti的所述步骤下游提供简化所述场景的所述多个目标点ti的步骤，所述简化步骤提供以下步骤：
在所述多个目标点ti中选择具有相同θi值的目标点ti，从而获得所述目标点ti的子组；
将对所述子组中的目标点ti布置成增大ρi的值，从而获得所述子组的目标点ti的有序系列；
根据所述有序系列而将相同βi值归属于所述子组中的借助于保序回归技术选择的目标点ti。


4.根据权利要求1所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中通过所述雷达传感器(110)进行三维确定所述目标点ti的所述步骤。


5.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中通过分别具有位置高度ht1、hr1、hr2的至少一个发射天线(111)和至少两个接收天线(112)进行三维确定所述目标点ti的所述步骤，其中hr1≠hr2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、hr1、hr2：








6.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中通过分别具有位置高度ht1、ht2、hr1的至少两个发射天线(111)和接收天线(112)进行三维确定所述目标点ti的所述步骤，其中ht1≠ht2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、ht2、hr1：








7.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、ht2、hr1、hr2的两个发射天线(111)和两个接收天线(112)，且其中三维跟踪所述目标点ti的所述步骤此外包括以下步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、ht2、hr1、hr2：














8.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4的发射天线(111)和四个接收天线(112)，其中hr1≠hr2≠hr3≠hr4，且其中三维确定所述目标点ti的所述步骤还包括以下步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4：














9.一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，所述方法包括以下步骤：
对雷达传感器(110)进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成获取雷达信号的至少一个发射天线(111)和一个接收天线(112)，所述雷达传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·科比，A·米彻里尼，
申请(专利权)人：入侵检测雷达公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT