本发明专利技术涉及边坡雷达技术领域，公开了具备微形变监测和动目标检测的边坡雷达监测方法及装置，对雷达获取的目标区域的回波信号进行脉冲压缩，得到脉冲压缩输出信号；将脉冲压缩信号经微形变监测处理，输出目标区域微小形变的方向位移精度信息；将脉冲压缩信号经动目标检测处理，若检测到所述目标区域存在至少一个动目标，输出各动目标对应的连续的运动轨迹，一方面采用一发多收调频连续波雷达减少重复周期以及时间的去相干性，提高微形变精度，另一方面通过两路处理一路选取干涉相位图的稳定PS点进行形变反演得到微形变的形变量，另一路通过杂波抑制、恒虚警率检测聚类实现动目标检测跟踪。检测跟踪。检测跟踪。
【技术实现步骤摘要】
具备微形变监测和动目标检测的边坡雷达监测方法及装置
[0001]本专利技术涉及边坡雷达
，尤其涉及具备微形变监测和动目标检测的边坡雷达监测方法及装置。
技术介绍
[0002]我国是世界上地质灾害较为频发，受地质灾害影响人数最多的国家之一，地质灾害不仅给国家造成巨大的经济损失，还对人民的生命财产造成巨大伤害。其中滑坡灾害是地质灾害中危害最大，发生频率最高的一种，因此，有效地对滑坡等地表形变监测是预防地质灾害发生，降低灾害损失最重要的内容之一。
[0003]传统形变监测手段中，传统合成孔径差分干涉雷达存在重复周期长，在失稳边坡、泥石流、地震塌方等形变速度较快的形变监测场景下，会出现严重的相位缠绕问题，导致相位解缠错误，最终使得形变精度严重下降，对于形变精度的不同，对应的就是不同程度的灾害损失。
[0004]同时合成孔径差分干涉雷达测量技术在形变速度较快场景下也会存在时间去相干问题，导致无法有效选取永久散射体（Permanent Scatter，简称PS）点，最终使得无法进行持续的形变监测，严重影响使用效果，且传统的边坡监测雷达，无法进行动目标的检测，无法对边坡发生滑坡整体阶段的感知和监测。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供了具备微形变监测和动目标检测的边坡雷达监测方法及装置，以解决现有的合成孔径差分干涉雷达测量技术无法同时实现对微形变监测以及动目标检测的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术提供具备微形变监测和动目标检测的边坡雷达监测方法及装置，包括如下步骤：对雷达获取的目标区域的回波信号进行脉冲压缩，得到脉冲压缩输出信号。
[0007]若对所述目标区域的微形变进行监测，则将所述脉冲压缩输出信号形成的二维图像组成复散射图像对，并计算其中稳定PS点拟合后相位补偿的距离大小，得到所述目标区域微小形变的方向位移精度信息。
[0008]若对所述目标区域的动目标进行检测，则当检测到所述目标区域存在至少一个动目标，将所述脉冲压缩输出信号通过二脉冲对消以及傅里叶变换形成的距离速度谱图，并通过单元平均恒虚警方法计算距离速度谱图中动目标的运动信息，输出各所述动目标对应的连续的运动轨迹。
[0009]进一步的，将所述脉冲压缩输出信号形成的二维图像组成复散射图像对，并计算其中稳定PS点拟合后相位补偿的距离大小，得到所述目标区域微小形变的方向位移精度信息的步骤，包括：
将所述脉冲压缩输出信号进行数字波束形成成像，经矢量处理后得到二维图像组，所述二维图像组包括至少两帧二维图像。
[0010]对所述二维图像组进行幅度离差和相关系数法处理选取稳定PS点。
[0011]将所述二维图像组中相邻的两帧二维图像确定为复散射图像对，对所述复散射图像对中对应像素点做共轭相乘，获取干涉相位图。
[0012]对所述干涉相位图中稳定PS点进行距离函数拟合，对干涉相位进行补偿。
[0013]基于补偿后的干涉相位进行形变反演得到目标区域方向位移精度信息。
[0014]进一步的，所述数字波束形成成像为将脉冲压缩输出信号与方向导向矢量相乘，所述二维图像表述目标的距离以及方向，所述方向导向矢量表达式为：；式中，其中w为方向导向矢量矩阵。
[0015]M为接收天线个数。
[0016]为电磁波信息传播相位移，表达式为：；式中，d为阵元间距。
[0017]为远场信号平面波入射角。
[0018]为波长。
[0019]进一步的，所述幅度离差计算表达式如下：；式中，表示为目标点幅度时间序列的标准差。
[0020]表示为目标点幅度时间序列的均值。
[0021]为幅度离差指标。
[0022]所述表达式为：；式中，n表示二维图像数量。
[0023]表示第i幅图像目标点的幅度。
[0024]所述的表达式为：；
[0025]所述相关系数法计算表达式如下：；
[0026]式中，m、n分别表示所取矩阵形小窗口的行列数，S表示主复散射图，M表示辅复散射图，*表示复数的共轭，为相关系数。
[0027]进一步的，所述幅度离差指标低于第一阈值的点选为候选PS点，所述相关系数大
于第二阈值的点为候选PS点。
[0028]对于任一候选PS点，若所述候选PS对应的幅度离差指标低于第一阈值且相关系数大于第二阈值，将所述候选PS点确定为稳定PS点。
[0029]进一步的，所述干涉相位进行补偿通过干涉相位减去大气相位实现，所述大气相位通过对干涉相位图中稳定的PS点进行拟合后，得到大气相位随距离变化的距离函数公式，所述距离函数表达式为：；式中，为a个稳定PS点的干涉相位，表达式为：；X为常数1和稳定PS点距离构成的维的向量，表达式为：；为待估计的维向量，表达式为：；为相位误差，表达式为：；所述大气相位表达式为：；
[0030]其中，通过进行最小二乘估计获取，表达式为：；其中，T为转置。
[0031]进一步的，所述形变反演通过以下公式实现：；式中，为位移形变量。
[0032]为雷达测量相位。
[0033]进一步的，将所述脉冲压缩输出信号通过二脉冲对消以及傅里叶变换形成的距离
速度谱图，并通过单元平均恒虚警方法计算距离速度谱图中动目标的运动信息，输出各所述动目标对应的连续的运动轨迹的步骤，包括：
[0034]将脉冲压缩输出信号经二脉冲对消，抑制静态杂波，保留动目标信息。
[0035]对经二脉冲对消后的脉冲压缩输出信号沿慢时间维对每个距离单元做傅里叶变换，得到距离速度谱图。
[0036]采用单元平均恒虚警方法对所述距离速度谱图进行检测得到距离速度二值化结果，对所述二值化结果进行连通域检测获取目标的距离速度信息，对目标进行角度测量获得低速运动的距离、速度以及角度信息。
[0037]根据目标的距离速度信息结合低速运动的距离、速度以及角度信息对目标进行航迹匹配关联，然后通过卡尔曼滤波连续的输出目标的运动轨迹。
[0038]进一步的，所述二脉冲对消的表达式为：；其中，表示帧号，表示为第帧回波数据，为第帧回波数据，为二脉冲对消后的数据。
[0039]第二方面，本专利技术提供同时具备微形变监测和动目标检测的边坡雷达监测系统，包括：
[0040]雷达模块，用于对雷达获取的目标区域的回波信号进行脉冲压缩，得到脉冲压缩输出信号。
[0041]微形变模块，用于对所述目标区域的微形变进行监测，则将所述脉冲压缩输出信号形成的二维图像组成复散射图像对，并计算其中稳定PS点拟合后相位补偿的距离大小，得到所述目标区域微小形变的方向位移精度信息。
[0042]动目标模块，用于对所述目标区域的动目标进行检测，则当检测到所述目标区域存在至少一个动目标，将所述脉冲压缩输出信号通过二脉冲对消以及傅里叶变换形成的距离速度谱图，并通过单元平均恒虚警方法计算距离速度谱图中动目标的运动信息，输出各所述动目标对应的连本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.具备微形变监测和动目标检测的边坡雷达监测方法，其特征在于，包括如下步骤：对雷达获取的目标区域的回波信号进行脉冲压缩，得到脉冲压缩输出信号；若对所述目标区域的微形变进行监测，则将所述脉冲压缩输出信号形成的二维图像组成复散射图像对，并计算其中稳定PS点拟合后相位补偿的距离大小，得到所述目标区域微小形变的方向位移精度信息；若对所述目标区域的动目标进行检测，则当检测到所述目标区域存在至少一个动目标，将所述脉冲压缩输出信号通过二脉冲对消以及傅里叶变换形成的距离速度谱图，并通过单元平均恒虚警方法计算距离速度谱图中动目标的运动信息，输出各所述动目标对应的连续的运动轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述脉冲压缩输出信号形成的二维图像组成复散射图像对，并计算其中稳定PS点拟合后相位补偿的距离大小，得到所述目标区域微小形变的方向位移精度信息的步骤，包括：将所述脉冲压缩输出信号进行数字波束形成成像，经矢量处理后得到二维图像组，所述二维图像组包括至少两帧二维图像；对所述二维图像组进行幅度离差和相关系数法处理选取稳定PS点；将所述二维图像组中相邻的两帧二维图像确定为复散射图像对，对所述复散射图像对中对应像素点做共轭相乘，获取干涉相位图；对所述干涉相位图中所述稳定PS点进行距离函数拟合，对干涉相位进行补偿；基于补偿后的干涉相位进行形变反演得到目标区域方向位移精度信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数字波束形成成像为将脉冲压缩输出信号与方向导向矢量相乘，所述二维图像表述目标的距离以及方向，所述方向导向矢量表达式为：；式中，其中w为方向导向矢量矩阵；M为接收天线个数；为电磁波信息传播相位移，表达式为：；式中，d为阵元间距；为远场信号平面波入射角；为波长。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述幅度离差计算表达式如下：；式中，表示为目标点幅度时间序列的标准差；表示为目标点幅度时间序列的均值；为幅度离差指标；所述表达式为：；
式中，n表示二维图像数量；表示第i幅图像目标点的幅度；所述的表达式为：；所述相关系数法计算表达式如下：；式中，m、n分别表示所取矩阵形小窗口的行列数，S表示主复散射图，M表示辅复散射图，*表示复数的共轭，为相关系数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述幅度离差指标低于第一阈值的点选为候选PS点，所述相关系数大于第二阈值的点为候选PS点；对于任一候选PS点，若所述候选PS对应的幅度离差指标低于第一阈值且相关系数大于第二阈...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄凤青，赵朝辉，李元勇，王生水，唐良勇，
申请(专利权)人：湖南华诺星空电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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