基于雷达测量的高精度三维变形监测系统与方法技术方案

本公开涉及一种基于雷达测量的高精度三维变形监测系统与方法，属于形变监测领域，能够准确地监测到监测目标的三维形变，从而能够全面地反馈监测目标的形变。一种基于雷达测量的高精度三维变形监测系统，包括：阵列天线，该阵列天线包括发射天线和N个接收天线，其中，所述发射天线用于向监测目标发射微波信号，所述N个接收天线用于接收从所述监测目标散射回来的回波信号；形变处理模块，用于对所述N个接收天线接收到的回波信号进行形变提取处理，得到所述监测目标的三维形变信息。

High precision 3D deformation monitoring system and method based on radar measurement

【技术实现步骤摘要】
基于雷达测量的高精度三维变形监测系统与方法
本公开涉及形变监测领域，具体地，涉及一种基于雷达测量的高精度三维变形监测系统与方法。
技术介绍
现有的形变监测雷达只能监测到雷达视线向上的一维形变信息，无法全面地反馈监测目标的形变。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种基于雷达测量的高精度三维变形监测系统与方法，能够准确地监测到监测目标的三维形变，从而能够全面地反馈监测目标的形变。根据本公开的第一实施例，提供一种基于雷达测量的高精度三维变形监测系统，包括：阵列天线，该阵列天线包括发射天线和N个接收天线，其中，所述发射天线用于向监测目标发射微波信号，所述N个接收天线用于接收从所述监测目标散射回来的回波信号；形变处理模块，用于对所述N个接收天线接收到的回波信号进行形变提取处理，得到所述监测目标的三维形变信息。可选地，所述微波信号为调频连续波信号。可选地，所述形变处理模块还用于：对所述N个接收天线接收到的回波信号进行干涉处理；基于干涉处理结果确定所述监测目标的空间坐标；基于所确定的空间坐标获取所述监测目标的三维形变信息。可选地，所述形变处理模块利用以下公式对所述N个接收天线接收到的回波信号进行干涉处理：其中，m、n、k分别表示所述N个接收天线中的第m、n、k个接收天线，而且1≤m≤N，1≤n≤N，1≤k≤N；j为虚数符号；表示第k个接收天线接收到的回波信号；R表示处于空间坐标(x,y,z)处的监测目标到所述发射天线的距离其中所述发射天线位于空间坐标系的原点处；Rm、Rn、Rk分别表示处于空间坐标(x,y,z)处的监测目标到第m、n、k个接收天线的距离；λ表示发射电磁波中心频率fc对应的波长；*表示取共轭。可选地，所述形变处理模块基于干涉处理结果确定所述监测目标的空间坐标，包括：确定被相互执行干涉处理的回波信号之间的相位差；基于所述相位差确定所述监测目标到其回波信号被相互执行干涉处理的接收天线的距离差；基于所述距离差确定所述监测目标的空间坐标方程；对所述空间坐标方程进行解算，得到所述监测目标的空间坐标值。可选地，所述形变处理模块利用以下公式来实现基于所确定的空间坐标获取所述监测目标的三维形变信息：其中，r表示监测目标形变值，x′、y′、z′为第二次监测到监测目标的坐标值；φ表示三维形变的水平方位角，θ表示三维形变的竖直方位角。根据本公开的第二实施例，提供一种基于雷达测量的高精度三维变形监测方法，包括：由阵列天线中的发射天线向监测目标发射微波信号；由所述阵列天线中的接收天线接收从所述监测目标散射回来的回波信号，其中所述接收天线的数量为N个；由形变处理模块对所述N个接收天线接收到的回波信号进行形变提取处理，得到所述监测目标的三维形变信息。可选地，所述微波信号为调频连续波信号。可选地，所述对所述N个接收天线接收到的回波信号进行形变提取处理，得到所述监测目标的三维形变信息，包括：对所述N个接收天线接收到的回波信号进行干涉处理；基于干涉处理结果确定所述监测目标的空间坐标；基于所确定的空间坐标获取所述监测目标的三维形变信息。可选地，所述对所述N个接收天线接收到的回波信号进行干涉处理利用以下公式来实现：其中，m、n、k分别表示所述N个接收天线中的第m、n、k个接收天线，而且1≤m≤N，1≤n≤N，1≤k≤N；j为虚数符号；(x,y,z)表示第k个接收天线接收到的回波信号；R表示处于空间坐标(x,y,z)处的监测目标到所述发射天线的距离其中所述发射天线位于空间坐标系的原点处；Rm、Rn、Rk分别表示处于空间坐标(x,y,z)处的监测目标到第m、n、k个接收天线的距离；λ表示发射电磁波中心频率fc对应的波长；*表示取共轭。可选地，所述基于干涉处理结果确定所述监测目标的空间坐标，包括：确定被相互执行干涉处理的回波信号之间的相位差；基于所述相位差确定所述监测目标到其回波信号被相互执行干涉处理的接收天线的距离差；基于所述距离差确定所述监测目标的空间坐标方程；对所述空间坐标方程进行解算，得到所述监测目标的空间坐标值。可选地，所述基于所确定的空间坐标获取所述监测目标的三维形变信息利用以下公式来实现：其中，r表示监测目标形变值，x′、y′、z′为第二次监测到监测目标的坐标值；φ表示三维形变的水平方位角，θ表示三维形变的竖直方位角。通过采用上述技术方案，由于发射天线能够全天时、全天候地向监测目标发射微波信号，接收天线能够全天时、全天候地接收从监测目标散射回来的回波信号，形变处理模块能够全天时、全天候地对N个接收天线接收到的回波信号进行形变提取处理，得到监测目标的三维形变信息，因此根据本公开实施例的三维形变监测系统能够全天时、全天候、高精度地对监测目标的三维形变进行监测，而且该三维形变监测系统的结构简单、布设方便，布设后无需人员值守，因此运行与维护成本低廉。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1示出根据本公开一种实施例的基于雷达测量的高精度三维变形监测系统的示意框图。图2示出根据本公开一种实施例的基于雷达测量的高精度三维变形监测系统的又一示意框图。图3以阵列天线包括一个发射天线、三个接收天线为例，示出了根据本公开实施例的三维形变监测系统阵列天线的结构示意图。图4以阵列天线包括一个发射天线、三个接收天线为例，示出了根据本公开实施例的三维形变监测系统的形变观测几何示意图。图5示出了三维形变信息的几何示意图。图6示出根据本公开一种实施例的基于雷达测量的高精度三维变形监测方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。图1示出根据本公开一种实施例的基于雷达测量的高精度三维变形监测系统的示意框图。如图1所示，该监测系统包括阵列天线1和形变处理模块2。阵列天线1包括发射天线11和N个接收天线121～12N，其中，发射天线11用于向监测目标发射微波信号，N个接收天线121～12N用于接收从监测目标散射回来的回波信号。形变处理模块2用于对N个接收天线121～12N接收到的回波信号进行形变提取处理，得到监测目标的三维形变信息。在本公开中，阵列天线1可以采用收发分置的工作方式，也即由独立的发射天线发射微波信号，由独立的接收天线接收散射回来的回波信号。当然，发射天线和接收天线集成在一起也是可行的，本公开对此不做限制。另外，本公开对发射天线11的数量也不做限制，也即可以只有一个发射天线，也可以存在多个发射天线。通过采用上述技术方案，由于发射天线11能够全天本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于雷达测量的高精度三维变形监测系统，其特征在于，包括：/n阵列天线，该阵列天线包括发射天线和N个接收天线，其中，所述发射天线用于向监测目标发射微波信号，所述N个接收天线用于接收从所述监测目标散射回来的回波信号；/n形变处理模块，用于对所述N个接收天线接收到的回波信号进行形变提取处理，得到所述监测目标的三维形变信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达测量的高精度三维变形监测系统，其特征在于，包括：
阵列天线，该阵列天线包括发射天线和N个接收天线，其中，所述发射天线用于向监测目标发射微波信号，所述N个接收天线用于接收从所述监测目标散射回来的回波信号；
形变处理模块，用于对所述N个接收天线接收到的回波信号进行形变提取处理，得到所述监测目标的三维形变信息。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波信号为调频连续波信号。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述形变处理模块还用于：
对所述N个接收天线接收到的回波信号进行干涉处理；
基于干涉处理结果确定所述监测目标的空间坐标；
基于所确定的空间坐标获取所述监测目标的三维形变信息。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述形变处理模块利用以下公式对所述N个接收天线接收到的回波信号进行干涉处理：






其中，m、n、k分别表示所述N个接收天线中的第m、n、k个接收天线，而且1≤m≤N，1≤n≤N，1≤k≤N；j为虚数符号；表示第k个接收天线接收到的回波信号；R表示处于空间坐标(x,y,z)处的监测目标到所述发射天线的距离其中所述发射天线位于空间坐标系的原点处；Rm、Rn、Rk分别表示处于空间坐标(x,y,z)处的监测目标到第m、n、k个接收天线的距离；λ表示发射电磁波中心频率fc对应的波长；*表示取共轭。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述形变处理模块基于干涉处理结果确定所述监测目标的空间坐标，包括：
确定被相互执行干涉处理的回波信号之间的相位差；
基于所述相位差确定所述监测目标到其回波信号被相互执行干涉处理的接收天线的距离差；
基于所述距离差确定所述监测目标的空间坐标方程；
对所述空间坐标方程进行解算，得到所述监测目标的空间坐标值。


6.根据权利要求3至5中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述形变处理模块利用以下公式来实现基于所确定的空间坐标获取所述监测目标的三维形变信息：









其中，r表示监测目标形变值，x′、y′、z′为第二次监测到监测目标的坐标值；φ表示三维形变的水平方位角，θ表示三维形变的竖直方位角。


7.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸣之，薛跃明，谭维贤，李俊峰，褚宏亮，黄喆，乞耀龙，
申请(专利权)人：中国地质环境监测院，
类型：发明
国别省市：北京;11