【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及铁塔形变监测，具体涉及一种铁塔形变监测装置及监测方法。
技术介绍
1、铁塔在日常中随处可见，主要包括通信基站铁塔和电力铁塔。铁塔本身的晃动、塔基的沉降和铁塔周围地质的形变都是需要监测的重点。传统的水准测量和gps测量方法，是通过在铁塔周围地质上布置少量的监测点，通过检测这些点的形变，来实现对铁塔周围地质形变的评估和判定。但实际上，铁塔周围地质是三维体，单独用个别点的监测结果去代表三维体的变化，是不准确的。而且，大部分铁塔周围地质环境恶劣，对于施工人员的安全性得不到保障，而且不便于后续长期的监测。
2、星载sar成像检测，是通过星载雷达来实现高分辨率的成像，再通过图像对比，选取监测ps点，从而来实现ps点形变的监测，具有大范围、全天时全天候的优点，但目前只能获取地表形变在雷达视线方向的一维投影。由于雷达系统工作参数和地面被测目标不同，地物目标的后向散射的信号矢量不同，所形成的图像信息也不相同，回波信号可能是像素分辨单元内所有后向散射信号矢量和，也可能是占主导地位的散射体的散射矢量，这样就会形成影像中的斑点噪声，造成干涉结果产生误差。高分sar影像在配准干涉以后，形成的干涉相位梯度小，相位容易产生缠绕，造成解缠过程困难，从而影响获取的形变的精度。
3、综合来看，目前的铁塔形变监测方式存在以下诸多不足：
4、监测误差大：现有技术中，如水准测量，稳定性不好，偏差较大。实际场景，形变基本都是从毫米级的微弱形变开始，那么如果监测系统本身的波动或精度根本达不到，无法从前期就开始进行有效的监
5、以点代面，无法精确监测：现有技术中，如水准和gps，在监测区域架设有限的监测点，根本无法实现铁塔附近区域的完整性监测，更不可能实现铁塔塔身的有效监测。而星载sar成像监测，首先需要在卫星上搭载sar雷达，其优点是能实现高分辨率，但也只是卫星运行轨迹线上的高分辨，无法实现有效的三维监测。
6、监测周期长，无法有效同时覆盖多监测区域：现有技术中，如星载sar成像检测，只有当卫星运行轨迹通过监测区域时，才能得到一副监测区域图像，需要经过多次，才能通过图像对比，来进行监测区域形变的评估，耗时过长，而且由于运行的不稳定性，可能会引入监测误差。另外，要实现多区域的监测，那就需要很多的星载sar成像雷达，显然不太现实。
7、监测成本高：对于水准和gps监测方法，需要较多的人力去监测区域进行复杂施工，环境恶劣，施工风险大，成本较高；对于星载sar成像监测，不需要人力线长施工，但如果要实现长期持续的监测跟踪，监测系统的运行成本将额外巨大，显然不适用于长期稳定监测。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种成本低、精度高的铁塔形变监测装置及监测方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
3、一种铁塔形变监测装置，包括雷达单元，所述雷达单元包括主机、俯仰向天线阵面和方位向天线阵面，所述俯仰向天线阵面和方位向天线阵面布置于铁塔的一侧，且俯仰向天线阵面与方位向天线阵面之间的布置呈预设夹角；所述俯仰向天线阵面与方位向天线阵面用于将采集的目标回波信号发送至主机，所述主机用于根据相位干涉测量方法对俯仰向天线阵面与方位向天线阵面采集的目标回波信号进行分析以得到铁塔形变监测结果。
4、优选地，所述俯仰向天线阵面和方位向天线阵面均位于距离塔身中心位置m米且比塔基上表面高n米位置。
5、优选地，所述主机包括系统时钟、频率源模块、功分器、发射机、接收机和信号处理模块；
6、所述系统时钟，用于为频率源模块提供高温低相噪参考时钟，以及为信号处理模块提供基准时钟；
7、所述频率源模块，用于提供高线性度低相噪的射频信号；
8、所述功分器，用于将频率源模块输出的射频信号分成两路，一路给发射机作为输入信号，一路给混频电路作为本振信号；
9、所述发射机，用于将射频信号放大后传输给发射天线，变成电磁波的形式往外辐射出去；
10、所述接收机，用于将接收天线收到的电磁波信号送入混频电路进行变频，输出中频信号；
11、所述信号处理模块，用于将混频电路输出的中频信号进行采集和数字处理。
12、优选地，还包括云计算平台，所述云计算平台与所述主机通讯相连。
13、本专利技术还公开了一种基于如上所述的铁塔形变监测装置的监测方法，包括塔尖或塔身位移形变监测，具体步骤为：
14、获取俯仰向天线阵面和方位向天线阵面与塔尖的径向矢量rr1和rr2；
15、获取塔尖或塔身在径向矢量rr1和rr2上产生的投影分量，再计算出产生位移形变后的矢量rr1和rr2的最终点坐标(x1,y1)和(x2,y2)，再确定矢量rr1和rr2的法线矢量，得到两根法线的交点，最终求出交点坐标(x,y)，从而准确得到在xy平面的△xx矢量，完成塔尖或塔身位移形变测量。
16、优选地，将塔尖投影至雷达同一水平面上，由俯仰向天线阵面和方位向天线阵面与塔尖在水平面投影关系得到角度θ，进而得到俯仰向天线阵面和方位向天线阵面与塔尖的径向矢量rr1和rr2。
17、本专利技术还公开了一种基于如上所述的铁塔形变监测装置的监测方法，包括塔基监测，具体步骤为：在塔基四个角落各摆放一个角反射器，通过监测角反射器的垂直方向位移形变来替代塔基的沉降。
18、优选地，当监测到塔基发生r1的位移形变时，其位移形变是在雷达径向方向上，那么实际的垂直位移形变△hh为：δhh＝r1/sin(α)；α为径向方向与水平面的夹角。
19、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
20、本专利技术使用地面雷达来实现对铁塔的形变监测，实现铁塔塔身的实时形变监测，包括水平移动和俯仰移动监测；同时通过雷达实现塔基的沉降监测，以及塔基周围地质体的连续监测；其中雷达具备全天候实时工作的能力，环境适应性好，测试精度高，监测覆盖面广，实现成本低，稳定可靠；最终通过云计算平台，实现多监测地同步实时的远程形变监测。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种铁塔形变监测装置，其特征在于，包括雷达单元(1)，所述雷达单元(1)包括主机(11)、俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)，所述俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)布置于铁塔的一侧，且俯仰向天线阵面(12)与方位向天线阵面(13)之间的布置呈预设夹角；所述俯仰向天线阵面(12)与方位向天线阵面(13)用于将采集的目标回波信号发送至主机(11)，所述主机(11)用于根据相位干涉测量方法对俯仰向天线阵面(12)与方位向天线阵面(13)采集的目标回波信号进行分析以得到铁塔形变监测结果。
2.根据权利要求1所述的铁塔形变监测装置，其特征在于，所述俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)均位于距离塔身中心位置m米且比塔基上表面高n米位置。
3.根据权利要求1或2所述的铁塔形变监测装置，其特征在于，所述主机(11)包括系统时钟(111)、频率源模块(112)、功分器(113)、发射机(114)、接收机(115)和信号处理模块(117)；
4.根据权利要求1或2所述的铁塔形变监测装置，其特征在于，还包括云计算平台(2)，所述
5.一种基于权利要求1-4中任意一项所述的铁塔形变监测装置的监测方法，其特征在于，包括塔尖或塔身位移形变监测，具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，将塔尖或塔身投影至雷达同一水平面上，由俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)与塔尖在水平面投影关系得到角度θ，进而得到俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)与塔尖或塔身的径向矢量RR1和RR2。
7.一种基于权利要求1-4中任意一项所述的铁塔形变监测装置的监测方法，其特征在于，包括塔基监测，具体步骤为：在塔基四个角落各摆放一个角反射器，通过监测角反射器的垂直方向位移形变来替代塔基的沉降。
8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，当监测到塔基发生R1的位移形变时，其位移形变是在雷达径向方向上，那么实际的垂直位移形变△hh为：Δhh＝R1/Sin(α)；α为径向方向与水平面的夹角。
...【技术特征摘要】
1.一种铁塔形变监测装置，其特征在于，包括雷达单元(1)，所述雷达单元(1)包括主机(11)、俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)，所述俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)布置于铁塔的一侧，且俯仰向天线阵面(12)与方位向天线阵面(13)之间的布置呈预设夹角；所述俯仰向天线阵面(12)与方位向天线阵面(13)用于将采集的目标回波信号发送至主机(11)，所述主机(11)用于根据相位干涉测量方法对俯仰向天线阵面(12)与方位向天线阵面(13)采集的目标回波信号进行分析以得到铁塔形变监测结果。
2.根据权利要求1所述的铁塔形变监测装置，其特征在于，所述俯仰向天线阵面(12)和方位向天线阵面(13)均位于距离塔身中心位置m米且比塔基上表面高n米位置。
3.根据权利要求1或2所述的铁塔形变监测装置，其特征在于，所述主机(11)包括系统时钟(111)、频率源模块(112)、功分器(113)、发射机(114)、接收机(115)和信号处理模块(117)；
4.根据权利要求1或2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨上元，王生水，黄凤青，
申请(专利权)人：华诺星空技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。