基于导航反射信号的非接触式坡面形变测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于导航反射信号的非接触式测量形变的系统，包括直达天线、反射天线、北斗GEO卫星、北斗信号采集系统和软件数据处理模块，所述的软件数据处理模块，用于根据所述北斗信号采集系统采集到的导航信号与反射信号计算得到目标坡面形变，包括估测场景相关参数，持续采集GNSS导航数据，计算直达与反射信号相关和结果，提取反射信号载波相位信息，相位信息处理，构造等效入射角模型，反演坡面形变。本发明专利技术实现了在不接触坡面形变体的情况下，利用北斗GEO卫星的导航反射信号进行无源、连续、自动化、全天候且范围可选的坡面形变反演。演。演。

【技术实现步骤摘要】
基于导航反射信号的非接触式坡面形变测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及电子、信息
，尤其涉及一种基于导航反射信号的非接触式坡面形变测量技术方案。

技术介绍

[0002]目前对于公路斜坡、山坡等的形变监测应用十分重要，但不同的形变监测方法依然存在着各自的优点与不足之处，以下列举了主要的形变监测方法及应用。
[0003]传统的大地测量法利用测量仪器(如全站仪)测定滑坡体的表面形变(专利CN111945531A)，但需要耗费人力手动测量，不能满足对滑坡体进行连续监测和自动化监测的需求。激光扫描方法也可以提取形变信息(专利CN212569147U)，但对观测环境要求较高且精度随测量距离增加急剧降低，难以实现长时间、大范围的形变监测。
[0004]有学者利用SAR卫星多景覆盖同一地区且雷达成像几何具有差异的影像的干涉测量数据，提取出了高速公路边坡的形变结果(专利CN111504251A)，但InSAR技术本身易受限于SAR卫星的重访周期，无法提供持续的形变监测解决方案。
[0005]基于地基干涉合成孔径雷达(GB
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InSAR)的形变测量方法(蒋留兵,杨凯,车俐.地基合成孔径雷达对目标三维形变的监测[J].测绘通报,2020(03):35
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38+68)通过天线多次沿轨的往复运动获取监测区域的长时间序列SAR数据，利用差分干涉技术生成干涉相位图，实现坡面形变反演。但该方法需要有源主动雷达，成本高且需要持续供电。
[0006]以GPS技术为代表的全球导航卫星系统GNSS监测技术以其高精度、全自动、全天候等优点，被广泛应用于形变监测领域。有学者利用载波相位差分实时定位(RTK)技术，分别在形变特征点上和基岩上设置监测站与基准站，利用GNSS定位技术获取滑坡体的三维位置信息并传输至计算机进行分析处理得到大坝形变监测结果(专利CN112240738A)，但该方法需要对形变体进行接触式测量，可能因人工介入灾害区域而造成危害。还有学者以四颗北斗IGSO卫星作为信号源，利用转发器提高其信噪比并持续性接收来至形变监测区域的散射信号，从中提取出载波相位信息以实现形变反演(F.Liu,X.Fan,T.Zhang and Q.Liu,"GNSS
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Based SAR Interferometry for 3
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D Deformation Retrieval:Algorithms and Feasibility Study,"in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,vol.56,no.10,pp.5736
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5748,Oct.2018,doi:10.1109/TGRS.2018.2825220)。但该方法需要在形变体上设置转发器，仅适用于大面积的山坡形变监测，并且采用的是IGSO卫星作为信号源，受重访周期限制无法实现连续的形变监测。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术的缺陷，提出一种基于导航反射信号的非接触式坡面形变测量技术方案。
[0008]本专利技术提供一种基于导航反射信号的非接触式测量形变的系统，包括直达天线、反射天线、北斗GEO卫星、北斗信号采集系统和软件数据处理模块；
[0009]所述的直达天线为右旋天线，布置于目标测量坡面前方，波束朝向GEO卫星仰角方向以接收直达导航信号；
[0010]所述的反射天线为左旋天线，布置于目标测量坡面前方且与直达天线距离较近的位置，波束朝向目标坡面以接收直达导航信号经由目标坡面反射的反射信号；
[0011]所述的北斗GEO卫星为地球静止卫星，播发北斗B3I导航信号；
[0012]所述的北斗信号采集系统为双通道射频前端，分别连接一个直达天线与一个反射天线，接收北斗B3I射频导航信号并下变频至中频信号；
[0013]所述的软件数据处理模块，用于根据所述北斗信号采集系统采集到的导航信号与反射信号计算得到目标坡面形变。
[0014]本专利技术还提供一种基于导航反射信号的非接触式测量形变的方法，包括以下步骤，步骤1，估测场景相关参数，持续采集GNSS导航数据；
[0015]步骤2，计算直达与反射信号相关和结果；
[0016]步骤3，提取反射信号载波相位信息；
[0017]步骤4，相位信息处理；
[0018]步骤5，构造等效入射角模型；
[0019]步骤6，反演坡面形变。
[0020]而且，所述的步骤1中，估测目标坡面方位角与倾角，选择对应的GEO卫星，查表得卫星仰角及方位角。
[0021]而且，所述的步骤2中，对采集的导航直达信号进行闭环跟踪处理，对采集的反射信号进行开环跟踪处理，得到直达信号与反射信号的相关累加和。
[0022]而且，所述的步骤3中，从求出的相关累加和中提取距离信息，计算得到相关峰值位置的反射信号载波相位信息。
[0023]而且，所述的步骤4中，从采集到的多组导航信号中提取出多组反射信号载波相位信息，寻找突变值，将突变值前后两组数据作差得到相位变化量。
[0024]而且，所述的步骤5中，根据反射信号路径，构造等效入射角与所测场景相关参数的关系式，构造坡面法线方向形变量关于相位变化量及等效入射角的关系式。
[0025]而且，所述的步骤6中，根据所测场景相关参数，计算得到等效入射角，利用所得等效入射角及相位变化量计算得到反演的坡面法线方向形变量。
[0026]本专利技术实现了在不接触坡面形变体的情况下，利用北斗GEO卫星的导航反射信号进行无源、连续、自动化、全天候且范围可选的坡面形变反演。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例的场景示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例的等效入射角模型图；
[0029]图3是本专利技术实施例的相关累加和幅度图；
[0030]图4是本专利技术实施例方法流程示意图。
具体实施方式
[0031]下面以实施例并结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明。
[0032]本专利技术实施例基于一种基于导航反射信号的非接触式测量形变的系统，包括直达天线，反射天线，北斗GEO卫星，北斗信号采集系统，软件数据处理模块。可通过北斗信号采集系统连续采集导航信号与反射信号，经软件数据模块得到其相关和，从中提取出反射信号的载波相位信息，分析多组相位信息寻找突变值并通过前后数据作差得到相位变化量。根据GEO卫星反射信号传播路径构造等效入射角模型及坡面形变关于等效入射角及相位变化量的函数关系式，根据估测所得的场景相关参数计算出等效入射角，结合相位变化量反演出坡面形变。
[0033]实施例中采用的优选实现方式如下：
[0034]所述的直达天线为右旋(RHCP)天线，布置于目标测量坡面前方，波束朝向GEO卫星仰角方向以接收直达导航信号。
[0035]所述的反射天线为左旋(LHCP)天线，布置于目标测量坡面前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导航反射信号的非接触式测量形变的系统，其特征在于：包括直达天线、反射天线、北斗GEO卫星、北斗信号采集系统和软件数据处理模块；所述的直达天线为右旋天线，布置于目标测量坡面前方，波束朝向GEO卫星仰角方向以接收直达导航信号；所述的反射天线为左旋天线，布置于目标测量坡面前方且与直达天线距离较近的位置，波束朝向目标坡面以接收直达导航信号经由目标坡面反射的反射信号；所述的北斗GEO卫星为地球静止卫星，播发北斗B3I导航信号；所述的北斗信号采集系统为双通道射频前端，分别连接一个直达天线与一个反射天线，接收北斗B3I射频导航信号并下变频至中频信号；所述的软件数据处理模块，用于根据所述北斗信号采集系统采集到的导航信号与反射信号计算得到目标坡面形变。2.一种基于导航反射信号的非接触式测量形变的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，估测场景相关参数，持续采集GNSS导航数据；步骤2，计算直达与反射信号相关和结果；步骤3，提取反射信号载波相位信息；步骤4，相位信息处理；步骤5，构造等效入射角模型；步骤6，反演坡面形变。3.根据权利要求2所述的一种基于导航反射信号的非接触式测量形变的方法，其特征在于：所述的步骤1中，估测目标坡面方位角与倾角，选择对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：严颂华，陈永谦，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：