一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统及监测方法技术方案

本发明专利技术适用于边坡监测技术领域，涉及一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统及监测方法，包括：若干个天线子阵模块，每个天线子阵模块包括信号源、参考时钟、发射开关、本振耦合电路、功率放大器、M个发射天线、低噪声放大器、N个接收天线、接收开关、下变频电路、中频调理电路、模数变换器、信号处理器和时序控制器。本发明专利技术通过天线子阵模块的多种组合从而实现雷达系统集便携版外形、高分辨率监测、大角度监测、三维地形测绘以及形变监测等多种功能于一体。三维地形测绘以及形变监测等多种功能于一体。三维地形测绘以及形变监测等多种功能于一体。

【技术实现步骤摘要】
一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统及监测方法


[0001]本专利技术属于边坡监测
，尤其涉及一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统及监测方法。

技术介绍

[0002]地基干涉雷达是一种有效的边坡稳定监测遥感技术手段，相比星载、机载干涉合成孔雷达和三维激光、摄影测量等手段，具有远距离非接触监测、形变测量精度高、数据更新率高、不受气候光照影响等优点。其中地基干涉监测雷达根据雷达体制和扫描方式，又分为直线轨道合成孔径成像、笔形波束实孔径二维扫描、扇形波束实孔径一维扫描、圆弧轨迹合成孔径成像、多输入多输出（MIMO，全称为Multiple
‑
Input Multiple
‑
Output）等若干方式，而其中地基MIMO雷达由于没有机械活动部件，避免了机械活动机构失效的风险，工作可靠性较高，而且没有机械运动产生的位置误差，数据相参性好，有利于提高形变测量精度，因此地基MIMO雷达适合对固定场景进行长期精细监测应用。
[0003]目前MIMO雷达通常采用频率分集、波形/编码分集、时间分集等方式，为了简化系统实现，地基MIMO雷达基本都采用时间分集——即分时的工作方式，发射输出开关将发射信号顺序切换至M个的发射通道（包含放大器和天线），形成M个发射天线分时发射，N个接收天线既可以同时接收，也可以为了简化系统分时接收。地基MIMO雷达通过收发通道的分时工作，M个发射天线和N个接收天线的相位中心形成M
×
N个等效阵元，MIMO雷达阵列配置是MIMO雷达性能和功能的重要前提。
[0004]但现有地基MIMO雷达配置还不够灵活，功能往往比较单一，另外，现有地基MIMO雷达还面临一个使用问题，即MIMO雷达的方位向角分辨率与其长度有关，并且近似有的关系，其中为方位向角分辨率（单位为角度），为发射信号中心频率对应的波长，为等效天线孔径（或长度）。因此，可以看出雷达方位向分辨率与天线尺寸近似成反比，如果要达到很高的方位向分辨率，天线尺寸就较大，携带和运输不方便，不利于快速机动部署。因此，地基MIMO雷达应该对不同的场景可以按不同的分辨率要求进行配置，对于近距离场景方位向角分辨率要求不高，可以用短一些的MIMO阵列，对于远距离场景则需要长的MIMO阵列已确保高成像分辨率。
[0005]因此，如何提供一种能够通过天线子阵模块的组合实现多种功能的监测雷达系统是本
人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统，通过天线子阵模块的组合，从而实现高分辨率监测、大角度监测、三维地形测绘、三维形变场测量等多种功能；此外本专利技术还提供一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统的监测方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
第一方面，本专利技术提供了一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统，包括：若干个天线子阵模块，每个所述天线子阵模块包括：信号源，用于产生和输出信号；参考时钟，用于提供整机高稳定度时钟信号并输入至所述信号源产生线性调频连续波信号或其他调制信号；发射开关，用于接收并根据时序控制要求选通一路发射通道输出所述信号源输出信号；本振耦合电路，用于将所述信号源输出信号耦合并放大产生本振信号；功率放大器、M个发射天线，所述功率放大器与一个所述发射天线组成一路发射通道；低噪声放大器、N个接收天线，所述低噪声放大器与一个所述接收天线组成一路接收通道；接收开关，用于根据时序控制要求选通一路相应接收通道接收所述信号源输出信号；下变频电路，用于根据所述信号源输出信号和所述本振耦合电路产生的本振信号两者产生中频信号；中频调理电路，用于将所述下变频电路产生的中频信号放大至合适电平；模数变换器，用于将所述中频调理电路中放大至合适电平的中频信号转化为数字信号；信号处理器，用于处理模数变换器转化的数字信号。时序控制器，用于输出所述信号源触发信号、所述发射开关控制信号、所述接收开关控制信号。
[0008]第二方面，本专利技术还提供了一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统的监测方法，包括以下步骤：S10、信号源输出信号至发射开关，参考时钟提供高稳定度时钟信号输入至所述信号源产生线性调频连续波或其他调制信号；S20、所述发射开关接收所述信号源输出信号并选通一路发射通道输出，所述信号源输出信号还通过本振耦合电路耦合并放大产生本振信号；S30、接收开关选通一路相应接收通道接收所述信号源输出信号；S40、将所述信号源输出信号和所述本振耦合电路产生的本振信号两者混合产生中频信号，并将所述中频信号通过中频调理电路放大至合适电平；S50、将所述中频信号转换为数字信号并送入信号处理器处理；S60、所述信号处理器控制时序控制器输出所述信号源触发信号、发射开关控制信号及接收开关控制信号。
[0009]进一步的，M个发射天线间隔与N个接收天线间隔满足时，其中为接收天线间隔，为发射信号中心频率对应的波长，为偏离法线方向的最大不模糊观测角度，发射天线间隔为，M个发射天线与N个接收天线形成M
×
N个等效阵元的均匀线阵，且阵列长度为。
[0010]进一步的，所述均匀线阵的法线方向的角分辨率可以表示为，若目标与雷达角度偏离法线方向时，则偏离角为时的角分辨率。
[0011]进一步的，监测雷达通过对监测场景相邻两次扫描回波进行成像，提取固定散射点处散射的相位差为，则相邻两次扫描的形变量可表示为。
[0012]进一步的，所述步骤S20中，每一路发射通道包括功率放大器和发射天线，所述发射开关连接所述功率放大器，选通的一路发射通道的信号功率放大后由所述发射天线发射出去。
[0013]进一步的，所述步骤S20中，选通一路发射通道输出时，其余发射通道都关断。
[0014]进一步的，所述步骤S30中，每一路接收通道包括接收天线和低噪声放大器，场景回波同时由N个所述接收天线获取，并由所述低噪声放大器进行放大后送至所述接收开关输入。
[0015]进一步的，所述信号处理器用于雷达成像、PS点提取和形变反演。
[0016]本专利技术提供的一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统及监测方法与现有技术相比，至少具有如下有益效果：本专利技术通过天线子阵模块的多种组合从而实现雷达系统集便携版外形、高分辨率监测、大角度监测、三维地形测绘以及形变监测等多种功能于一体。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的图作一个简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术提供的一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统的结构示意图；图2为本专利技术提供的一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统的独立子阵模式的阵列配置图；图3为本专利技术提供的一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统的组合全阵模式的阵列配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统，其特征在于，包括：若干个天线子阵模块，每个所述天线子阵模块包括：信号源，用于产生和输出信号；参考时钟，用于提供整机高稳定度时钟信号并输入至所述信号源产生线性调频连续波信号；发射开关，用于接收并根据时序控制要求选通一路发射通道输出所述信号源输出信号；本振耦合电路，用于将所述信号源输出信号耦合并放大产生本振信号；功率放大器、M个发射天线，所述功率放大器与一个所述发射天线组成一路发射通道；低噪声放大器、N个接收天线，所述低噪声放大器与一个所述接收天线组成一路接收通道；接收开关，用于根据时序控制要求选通一路相应接收通道接收所述信号源输出信号；下变频电路，用于根据所述信号源输出信号和所述本振耦合电路产生的本振信号两者产生中频信号；中频调理电路，用于将所述下变频电路产生的中频信号放大至合适电平；模数变换器，用于将所述中频调理电路中放大至合适电平的中频信号转化为数字信号；信号处理器，用于处理模数变换器转化的数字信号；时序控制器，用于输出所述信号源触发信号、所述发射开关控制信号、所述接收开关控制信号。2.一种可重配置地基MIMO边坡监测雷达系统的监测方法，其特征在于，包括：S10、信号源输出信号至发射开关，参考时钟提供高稳定度时钟信号输入至所述信号源产生线性调频连续波；S20、所述发射开关接收所述信号源输出信号并选通一路发射通道输出，所述信号源输出信号还通过本振耦合电路耦合并放大产生本振信号；S30、接收开关选通一路相应接收通道接收所述信号源输出信号；S40、将所述信号源输出信号和所述本振耦合电路产生的本振信号两者混合产生中频信号，并将所述中频信号通过中频调理电路放大至合适电平；S50、将所述中频信号转换为数字信号并送入信号处理器处理；S60、所述信号处理器控制时序控制器输出所述信号源触发信号、发射开...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋千，王鹏宇，
申请(专利权)人：湖南吉赫信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：