CN110691987B - 用于监测场景的表面变形的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，所述方法包括以下步骤：对雷达传感器进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成发射并获取雷达信号的至少一个发射天线和接收天线，所述雷达传感器被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器被配置成使得所述天线的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据；‑限定所述场景的多个目标点ti，可借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi，θi，βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的。所述方法另外包括借助于以下步骤三维确定所述目标点ti的步骤：在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第二获取高度ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；借助于干涉测量技术控制所述获取高度ha1和ha2处的所述聚焦，从而获得每个目标点的所述坐标βi的值。所述方法另外包括使每个目标点ti相对于其自身的可由所述球面坐标(ρi，θi，βi)限定的三维位置进行全局聚焦的步骤，从而获得第一聚焦雷达基准面，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。

Description

用于监测场景的表面变形的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于环境监测的雷达遥感领域。
具体来说，本发明涉及借助于基于地面的差分干涉测量法合成孔径雷达技术(Synthetic apertures Radar，SAR)监测场景的表面变形的领域。
背景技术
采用SAR技术的干涉测量法非常适用于监测斜坡、建筑立面、水坝、桥梁等等，以用于获得地面位移或结构的亚毫米精确测量以便在最差状况下预测可能的崩塌或损坏且启用预防和恢复方法，以确保有时间清理可能受崩塌影响的区域且进而保证在所述区域工作、生活或管理所述区域的人员的安全。
众所周知，基于地面的干涉测量雷达系统SAR沿着通常是线性的轨迹处置雷达传感器，所述雷达传感器在移动期间发射在微波频带中的信号且对由所观测场景反射的接收到的信号进行连贯地解调，并且计算接收到的信号，由此获得所观测场景的二维图像。
具体来说，所观测场景的二维图像通过基于傅立叶变换且被称作“聚焦”的后处理的复杂过程获得，从而允许以较高空间分辨率生成图像。
SAR技术与干涉测量技术组合从而以二维分辨率获得所观测场景的变形或位移的信息。具体来说，两个时刻t1与t2之间的变形通过得到在时刻t1借助于SAR技术获得图像的步骤与在时刻t2类似地获得图像的步骤/>之间的相位差/>来计算，其中所测量位移Δd对应于：
其中且λ是所发射信号的波长。
基于地面的干涉测量雷达系统广泛地用于变形监测。在这些系统中，干涉测量技术与其它雷达技术相结合以便获得变形的二维图像。举例来说，在EP2392943中所描述的系统中，SAR线性技术用于获得水平角分辨率Δφ0，其应用以下公式：
其中λ是所发射射频信号的波长且L是运用机械轴线进行的线性扫描的长度。
距离的分辨率ΔR实际上通过发射且接收在被称作所发射信号频带的频率范围B上的线性调频信号(LFMCW)来获得，根据以下公式：
所述获取由在由机械轴线施加的线性扫描期间通过雷达传感器以规则间隔重复LFMCW捕获组成。
此类所阐述解决方案的水平视场受供雷达传感器使用的天线的视场限制，所述视场通常与天线的中等功率水平射束相关联。在任何状况下，即使在理想天线的状况下，所述视场也可不超过180°。
另外，角分辨率并非均匀的但远离正交于扫描方向的方向(指向方向)降低，根据以下公式：
其中φ是所考虑方向与指向方向之间设定的角度；由此，在±90°的极端方向，角分辨率分散到无穷大。
出于此原因，接受因子2的角分辨率的最大降低的最大实际水平视场为约120°。
“Arc FMCW SAR and Applications in Ground Monitoring”,IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing(2014年9月)中提议用于超过视场及不均匀角分辨率的此限制性的可能解决方案。在此文件中，SAR技术被电弧SAR技术替换，其中雷达传感器在线性调频信号穿过平坦轨迹时发射且接收所述线性调频信号，所述平坦轨迹使雷达维持沿着径向方向被发射。因此，有可能获得具有360°理论水平视场的场景的二维图像。
不同于线性SAR技术，电弧SAR技术的角分辨率在整个360°视场内保持恒定。
然而，运用电弧SAR技术，分辨率在所观测目标不与旋转平面位于相同高度的情况下开始降低。具体来说，如果目标相对于旋转平面的抬升角度β较高，那么分辨率会降低。
实际上，在聚焦过程期间，在雷达获取之后，计算电弧SAR数据，从而添加接收到的信号的所有促成因素，直到目标在发射和接收天线的半功率射束内为止，从而补偿角度调制的相位项。然而，在不知晓目标的抬升的情况下，标准焦点公式假设目标在旋转平面上。这意味着零抬升目标经过理想地聚焦，但当抬升角度β增加时，分辨率按比例降低。
为了克服此不便，在于聚焦过程中考虑所观测场景的抬升的平均值β0的情况下，前述文件提议一种用于补偿分辨率的降低效应的方法。然而，此方法在所观测场景相对于参考值呈现有限范围的抬升角度的情况下是有效的，使得降低的可感知性降低。举例来说，对于平均值β0＝15°，抬升角度的可接受范围介于约10°与19°之间。相反地，在具有抬升角度的较大偏移的情境的状况下，分辨率降低无法通过此方法解决。
2016年2月9日公开的文件“用于检测目标抬升的ArcSAR”(MassimilianoPieraccini等人)，描述一种用于通过测量在不同高度或具有不同半径下执行的ArcSAR获取之间的相位差来确定目标相对于ArcSAR获取的旋转平面的抬升的方法。
发明内容
因此，本发明的特征在于提供一种用于借助于与SAR技术组合的差分干涉测量法技术来监测场景的表面变形的方法，所述方法同样在特征在于相对于旋转平面的宽抬升角度范围的场景的状况下使得有可能获得比现有技术更好获取的干涉测量数据的角分辨率。
本发明的特征还在于提供一种允许具有相对于现有技术减少的计算时间和成本的雷达数据处理步骤的此方法。
本发明的特征还在于提供允许在允许三维重建构观察到的场景的不同获取高度下实行干涉测量获取雷达的此方法。
本发明的特征还在于提供一种实施此方法的设备。
通过一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法实现这些和其它目标，所述方法包括以下步骤：
-对雷达传感器进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成发射并获取雷达信号的至少一个发射天线和接收天线，所述雷达传感器被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；
-限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；
-借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器被配置成使得所述天线的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据；
-限定所述场景的多个目标点ti，可借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi,θi,βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的；
其主要特征是还提供通过以下步骤三维确定所述目标点ti的步骤：
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第二获取高度ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-借助于干涉测量技术控制所述获取高度ha1和ha2处的所述聚焦，从而获得每个目标点的所述坐标βi的所述值；
且此外提供使每个目标点ti相对于其自身的可由所述球面坐标(ρi,θi,βi)限定的三维位置进行全局聚焦的步骤，从而获得第一聚焦雷达基准面，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。
因此，通过本发明，有可能获得所述多个目标点的相对于现有技术高得多的分辨率下的聚焦，这是因为每个点相对于含有所述平坦轨迹γ的平面聚焦到其自身的实际高度。此接着避免对不在其正视图上而是在极远的预定高度上聚焦的目标典型的“凸出”的影响。
确切地说，所述至少发射天线和接收天线被布置成借助于线性调频技术发射并获取信号。
有利地，布置于所述轨迹γ上的所述获取点si按n度的角距离彼此等距。
确切地说，在全局聚焦的所述步骤下游提供以下所述步骤的反复：
-借助于SAR技术获取所述场景；
-全局聚焦每个目标点ti，从而获得第二聚焦雷达基准面；
且其中接着提供借助于差分干涉测量法技术比较所述第一与第二聚焦基准面的步骤，以便监测所述场景的变化并测量其变形。
这允许场景变形分析所基于的比较。
有利地，在三维确定所述目标点ti的所述步骤下游提供简化所述场景的所述多个目标点ti的步骤，所述简化步骤提供以下步骤：
-在所述多个目标点ti中选择具有相同θi值的目标点ti，从而获得所述目标点ti的子组；
-将对所述子组中的目标点ti布置成增大ρi的值，从而获得所述子组的目标点ti的有序系列；
-根据所述有序系列而将相同βi值归属于所述子组中的借助于保序回归技术选择的目标点ti。
此减少全局聚焦相位的数据运算，且其还减少所述场景的三维映射中的任何噪声。
有利地，通过所述雷达传感器进行三维确定所述目标点ti的所述步骤。
因此，在此示范性实施例中，实时地且以完全独立于外部数据获取的方式，通过相同设备进行借助于所述场景的SAR干涉测量技术的获取和三维确定所述目标点ti的步骤，从而允许高的时间节约并独立于预先存在信息制造所述设备。
确切地说，在此状况下，借助于根据例如检测目标点时的振幅和相干性等预定参数加权的保序回归技术进行简化步骤。
有利地，通过分别具有位置高度ht1、hr1、hr2的至少一个发射天线和至少两个接收天线进行三维确定所述目标点ti的所述步骤，其中hr1≠hr2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、hr1、hr2：
替代地，通过分别具有位置高度ht1、ht2、hr1的至少两个发射天线和接收天线进行三维确定所述目标点ti的所述步骤，其中ht1≠ht2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、ht2、hr1：
在上文所描述的两个实施例中，获取基线处于发射天线的高度与接收天线的高度之间介导的高度下。
替代地，所述雷达传感器包括分别具有位置高度ht1、ht2、hr1、hr2的两个发射天线和两个接收天线，且三维跟踪所述目标点ti的所述步骤此外包括以下步骤：
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、ht2、hr1、hr2：
替代地，所述雷达传感器包括分别具有位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4的发射天线和四个接收天线，其中hr1≠hr2≠hr3≠hr4，且三维确定所述目标点ti的所述步骤还包括以下步骤：
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4：
根据本发明的另一方面，一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法包括以下步骤：
-对雷达传感器进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成获取雷达信号的至少一个发射天线和一个接收天线，所述雷达传感器被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；
-限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；
-借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器被配置成使得所述天线的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据；
-限定所述场景的多个目标点ti，可借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi,θi,βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的；
其主要特征是还提供以下步骤：
-获取所述场景的三维映射，所述映射包括被布置成限定可与所述场景叠加的三维表面Σ的一系列突出显示pi，可借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρk,θk,βk)限定每个突出显示pi；
-借助于针对每个目标点ti而在所述三维表面Σ与具有目标点ti的所述坐标ρi和θi的点的轨迹之间的相交来三维确定所述目标点ti，从而获得每个目标点ti的βi的值；
-使每个目标点ti相对于其自身的可由所述球面坐标(ρi,θi,βi)限定的三维位置进行全局聚焦，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。
根据本发明的另一方面，一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的设备包括：
-雷达传感器，其包括被布置成获取雷达信号的至少一个发射天线和一个接收天线；
-运动学链，其被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ致动所述雷达传感器来借助于SAR技术执行对所述场景的获取，所述雷达传感器被配置成使得所述天线的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据；
-控制单元，其被布置成提供以下步骤：
-限定所述场景的多个目标点ti，可借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi,θi,βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的，所述聚焦包括以下步骤：
-通过以下步骤三维确定所述目标点ti：
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第二获取高度ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-控制所述获取高度ha1和ha2处的所述聚焦，从而获得每个目标点的所述坐标βi的值；
其主要特征是所述控制单元还被布置成用于执行使每个目标点ti相对于其自身的可由所述球面坐标(ρi,θi,βi)限定的三维位置进行全局聚焦的步骤，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。
有利地，所述雷达传感器包括分别具有位置高度ht1、hr1、hr2的至少一个发射天线和至少两个接收天线，其中hr1≠hr2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、hr1、hr2：
其中其中λ是由所述雷达传感器发射的射频信号的波长。
替代地，所述雷达传感器包括分别具有位置高度ht1、ht2、hr1的至少两个发射天线和接收天线，其中ht1≠ht2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、ht2、hr1：
其中其中λ是由所述雷达传感器发射的射频信号的波长。
替代地，所述雷达传感器包括分别具有位置高度ht1、ht2、hr1、hr2的两个发射天线和两个接收天线，且其中三维确定所述目标点ti的所述步骤此外包括以下步骤：
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、ht2、hr1、hr2：
其中|ha1-ha4|＞|ha2-ha3|。
此解决方案具有以下优点：主基线B1＝|ha1-ha4|允许提高通过干涉测量技术确定高度的准确性，同时副基线B2＝|ha2-ha3|允许避免确定高度的相位模糊。
确切地说，有可能设定ht1＝hr1eht2≠ht1ehr2≠ht2。
替代地，有可能设定ht1＝hr1eht2＝hr2，其方式是为了确定两个获取高度ha1(等于ht1＝hr1)和ha2(等于ht2＝hr2)。这使得有可能如具有三个天线的实施例中而具有两个获取高度，但小的覆盖面积具有所述获取高度ha1eha2的相同值。
替代地，所述雷达传感器包括分别具有位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4的发射天线和四个接收天线，其中hr1≠hr2≠hr3≠hr4，且其中三维确定所述目标点ti的所述步骤还包括以下步骤：
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4：
在此类实施例中，高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1可与小于λ的距离等距，或被放置成以便具有大于另一个的基线，如同先前实施例。
有利地，所述设备另外包括被调试成在所述雷达传感器通过SAR技术对所述场景进行所述获取期间提供所述获取点si的角度位置的角度位置转换器，以便在所述获取时允许每个所进行获取与所述平坦轨迹γ上的所述雷达传感器的位置之间的准确相关联。
确切地说，角度位置转换器按每所行进百分度发送脉冲，从而允许在360度旋转中定位雷达获取，并确保所述获取点的知识和可重复性，而不需要对机械臂的转速作出假设。
此外，所述角度位置转换器包括使第一雷达获取与所述天线的初始位置同步的触发器。所述触发器和所述角度位置转换器保证相比于所述雷达的等于0.2°的角分辨率好至少10倍的角可重复性，且所述触发器和所述角度位置转换器以相同准确度360°定位雷达获取。
以此方式，以极高精度保证获取相位的可重复性，且因此还保证连续获取的可比较性。
有利地，所述设备包括甚至在不存在外部源的情况下还保证为整个系统供电的自主性的电源模块。可通过太阳能面板、风力涡轮机或柴油发电机为此电源模块再充电。所述模块含有卡，所述卡基于电压电平由电池供应的功率而而自动管理所述柴油发电机的接通和关断。所述电力模块还包含无线电装置(wifi、3G/4G)以远程控制所述系统。
接近所述雷达传感器，还存在适用于在雷达获取阶段期间拍摄图片的至少一个摄像机。所述摄像机还与所述角度位置转换器同步，以便自动使照片与相应雷达阶段相关联。
所述雷达传感器还包含检测所述雷达传感器相对于水平面的俯仰和滚动的倾角仪。此信息用以确定旋转平面的倾斜。为此，通过所述传感器在0°下机械下倾来实行所述倾角仪的两次获取，从而彼此90°地在两个方向上定位机械臂。通过随时间推移重复此类型的测量，还有可能随时间推移得到安装的设定的指示：旋转平面的俯仰和滚动值的漂移指示获取模块的安装基座有故障。
附图说明
参考附图，本发明的其它特性和/或优点将通过其示范性实施例的以下描述变得更清楚，所述示范性实施例为示范性而非限制性的，在附图中：
-图1示出根据本发明的用于监测场景的表面变形的第一方法的流程图；
-图2示出根据本发明的用于监测场景的表面变形的第二方法的流程图，其中提供场景的三维映射的外部获取；
-图3以图解方式示出根据本发明的用于实施方法的设备，其包括具有两个发射天线和两个接收天线的雷达传感器；
-图3A在倾斜步骤期间以图解方式示出根据本发明的雷达传感器；
-图4以图解方式示出根据本发明的雷达传感器的第一示范性实施例，其包括交替地连接到发射链的两个发射天线和交替地连接到接收链的两个接收天线；
-图5以图解方式示出根据本发明的雷达传感器的第二示范性实施例，其包括交替地连接到发射链的两个发射天线和连接到彼此并联布置的两个接收链的两个接收天线；
-图6以图解方式示出具有两个发射天线和两个接收天线的雷达传感器中的通用天线布置几何结构和所得获取高度；
-图7以图解方式示出根据本发明的雷达传感器的第二示范性实施例，其包括连接到发射链的发射天线和连接到彼此并联布置的相应四个接收链的四个接收天线；
-图8以图解方式示出具有发射天线和四个接收天线的雷达传感器中的通用天线布置几何结构和所得获取高度。
具体实施方式
图1示出根据本发明的流程图300，其中以图解方式示出一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中提供对包括至少一个发射天线111和一个接收天线112的雷达传感器110进行预布置的第一步骤，所述发射天线和接收天线被布置成发射并获取借助于线性调频技术调制的信号，所述雷达传感器110布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动[301]。
所述方法此外包括限定S在所述中心O[302]中具有原点的参考系统的步骤和通过SAR技术借助于沿着平坦轨迹γ处置雷达传感器110来获取场景的步骤。具体来说，所述获取在si布置于轨迹γ上的获取点处实行，从而获得每个获取点si的多个数据[303]。
接着提供限定场景的多个目标点ti的步骤。每个目标点ti的三维位置可借助于参考参考系统S的球面坐标ρi,θi,βi来限定，其中坐标ρi和θi的值是已知的[304]。
所述方法接着提供借助于以下操作三维确定目标点ti的步骤：
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦[305]；
-在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第二获取高度ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦[306]；
-控制上文所描述的在获取高度ha1和ha2处的聚焦，所述聚焦获得每个目标点的坐标βi值[307]。
此外提供使每个目标点ti相对于其自身的可由球面坐标ρi,θi,βi限定的三维位置进行全局聚焦的步骤。具体来说，通过分析在每个获取点si处获得的数据针对每个目标点ti获得此聚焦步骤，其中目标点ti是可检测的[308]。
图2中存在根据本发明的流程图400，其中以图解方式示出一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法替代方案，其中图300中所示出的方法的步骤[305]、[306]、[307]被步骤[401]和[402]替换。
具体来说，步骤[401]提供从外部获取场景的三维映射。所述映射包括布置成限定可与场景叠加的三维表面Σ的一系列突出显示pi，每个突出显示pi可借助于参考参考系统S的球面坐标ρk,θk,βk来限定。
步骤[402]实际上提供借助于每个目标点ti的三维表面Σ与具有目标点ti自身的坐标ρi和θi的点的轨迹之间的相交三维确定目标点ti，从而获得每个目标点ti的值βi。
因此，三维确定对目标点ti的步骤被简化，但同时依赖于外部获取，这不是一直可用的。图1的示范性实施例实际上仅使用雷达传感器110实行整个方法而无需外部获取。
在图3中以图解方式示出被设计用于实施根据本发明的方法的设备100，其包括具有两个发射天线111和两个接收天线112的雷达传感器110。
图3A示意性地示出雷达传感器110，其突显围绕平行于地面的轴线进行旋转以便使天线的倾斜变化的可能性。
一般来说，选择也被称为基线(B＝|ha1-ha2||)的两个获取高度ha1eha2之间的差以便在借助于在不同高度处进行的获取之间使用干涉测量技术确定目标相对于旋转平面的高度时避免相位模糊。待遵守以避免相位模糊的条件如下：
其中λ是雷达信号的波长，Rmin是雷达与目标/测量区域之间的最小距离，且ΔZmax是测量区域中的最大抬升。
另一方面，在干涉测量相位的测量中具有相同准确度/>的情况下，基线越大，则高度Z的量度的准确度σz越佳，这是由于：
其中R是距雷达的距离。
图4以图解方式示出根据本发明的雷达传感器110的第一示范性实施例，其包括均位于不同高度ht1、ht2、hr1、hr2处的两个发射天线111和两个接收天线112。发射天线111交替地连接到单个发射链，且类似地，接收天线112交替地连接到接收链。这意味着发射天线111和接收天线112都以非现代方式操作。因此，有可能调整启动天线所根据的信号的获取高度ha1，但不可能同时提供另一获取高度ha2≠ha1。
图5以图解方式示出雷达传感器110的第二示范性实施例，其是图4的雷达传感器的替代方案，其中发射天线111交替地连接到单个发射链，而接收天线112连接到彼此并联布置的两个独立接收链。因此，有可能同时提供两个不同获取高度ha1和ha2。具体来说，两个获取高度可分别取决于选择了第一还是第二发射天线而升高或降低。
为清楚起见，图6中以图解方式示出具有两个发射天线111和两个接收天线112的雷达传感器110中的天线和所得获取高度的布置的可能几何结构，其适用于图4的第一示范性实施例和图5的第二示范性实施例两者。
如可看出，通过适当地区分天线的定位高度，有可能提供多达四个不同获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1，且此类获取高度可在值方面变化，从而既改变天线的定位高度的值，又通过定位高度改变每个获取高度的依赖性。即使使定位高度维持恒定，也因此有可能改变自身以不同方式组合定位高度的获取高度。
图7以图解方式示出根据本发明的雷达传感器110的第三示范性实施例，其包括连接到发射链的发射天线111和连接到彼此并联布置的四个独立接收链的四个接收天线112。
同样在此状况下，如借助于图8示出，有可能同时获得多达四个不同获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1。
一些示范性具体实施例的前述描述将根据概念性观点如此充分地公开了本发明，从而使得其它人通过应用当前的知识将能够在不另外研究且不偏离本发明的情况下修改和/或改编具体示范性实施例的各种应用，且因此意味着此类改编和修改将必须被视为等效于具体实施例。实现本文中所描述的不同功能的构件和材料可在出于此原因不偏离发明领域的情况下具有不同性质。应理解，本文中所采用的措词或术语是出于描述而不是限制的目的。

Claims (15)

1.一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，所述方法包括以下步骤：
对雷达传感器(110)进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成发射并获取雷达信号的至少一个发射天线(111)和接收天线(112)，所述雷达传感器(110)被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；
限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；
借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器(110)来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器(110)被配置成使得所述天线(111、112)的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据，所述获取至少在第一获取高度ha1处和第二获取高度ha2≠ha1处执行；
限定所述场景的多个目标点ti，借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi，θi，βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的；
所述方法的特征在于其另外包括借助于以下步骤三维确定所述目标点ti的步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在所述第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在所述第二获取高度ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
借助于干涉测量技术控制所述获取高度ha1和ha2处的所述聚焦，从而获得每个目标点的所述坐标βi的值；
且特征在于此外提供使每个目标点ti相对于其自身的由所述球面坐标(ρi，θi，βi)限定的三维位置进行全局聚焦的步骤，从而获得第一聚焦雷达基准面，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。
2.根据权利要求1所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中，在所述全局聚焦步骤下游提供以下所述步骤的反复：
借助于SAR技术获取所述场景；
全局聚焦每个目标点ti，从而获得第二聚焦雷达基准面；
且其中接着提供借助于差分干涉测量法技术比较所述第一聚焦雷达基准面与所述第二聚焦雷达基准面的步骤，以便监测所述场景的变化并测量其变形。
3.根据权利要求1所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中在三维确定所述目标点ti的所述步骤下游提供简化所述场景的所述多个目标点ti的步骤，所述简化步骤提供以下步骤：
在所述多个目标点ti中选择具有相同θi值的目标点ti，从而获得所述目标点ti的子组；
将对所述子组中的目标点ti布置成增大ρi的值，从而获得所述子组的目标点ti的有序系列；
根据所述有序系列而将相同βi值归属于所述子组中的借助于保序回归技术选择的目标点ti。
4.根据权利要求1所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中通过所述雷达传感器(110)进行三维确定所述目标点ti的所述步骤。
5.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中通过分别具有位置高度ht1、hr1、hr2的至少一个发射天线(111)和至少两个接收天线(112)进行三维确定所述目标点ti的所述步骤，其中hr1≠hr2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、hr1、hr2：
6.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中通过分别具有位置高度ht1、ht2、hr1的至少两个发射天线(111)和接收天线(112)进行三维确定所述目标点ti的所述步骤，其中ht1≠ht2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、ht2、hr1：
7.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、ht2、hr1、hr2的两个发射天线(111)和两个接收天线(112)，且其中三维跟踪所述目标点ti的所述步骤此外包括以下步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、ht2、hr1、hr2：
8.根据权利要求4所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4的发射天线(111)和四个接收天线(112)，其中hr1≠hr2≠hr3≠hr4，且其中三维确定所述目标点ti的所述步骤还包括以下步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4：
9.一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的方法，所述方法包括以下步骤：
对雷达传感器(11O)进行预布置，所述雷达传感器包括被布置成获取雷达信号的至少一个发射天线(111)和一个接收天线(112)，所述雷达传感器(110)被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ移动；
限定在所述中心O中具有原点的参考系统S；
借助于沿着所述平坦轨迹γ处置所述雷达传感器(110)来通过SAR技术获取所述场景，所述雷达传感器(110)被配置成使得所述天线(111、112)的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据，所述获取至少在第一获取高度ha1处和第二获取高度ha2≠ha1处执行；
限定所述场景的多个目标点ti，借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi，θi，βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的；
所述方法的特征在于还提供以下步骤：
获取所述场景的三维映射，所述映射包括被布置成限定能够与所述场景叠加的三维表面∑的一系列突出显示pi，借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρk，θk，βk)限定每个突出显示pi；
借助于针对每个目标点ti而在所述三维表面∑与具有所述目标点ti的所述坐标ρi和θi的点的轨迹之间的相交来三维确定所述目标点ti，从而获得每个目标点ti的βi的值；
使每个目标点ti相对于其自身的由所述球面坐标(ρi，θi，βi)限定的三维位置进行全局聚焦，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。
10.一种用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的设备(100)，所述设备(100)包括：
雷达传感器(110)，其包括被布置成获取雷达信号的至少一个发射天线(111)和一个接收天线(112)；
运动学链(120)，其被布置成沿着具有中心O的平坦轨迹γ致动所述雷达传感器(110)来借助于SAR技术执行对所述场景的获取，所述雷达传感器(110)被配置成使得所述天线(111、112)的辐射方向图相对于所述中心O径向地定向，在布置于所述轨迹γ上的获取点si处发生所述获取，从而获得每个获取点si的多个数据，所述获取至少在第一获取高度ha1处和第二获取高度ha2≠ha1处执行；
控制单元，其被布置成提供以下步骤：
限定所述场景的多个目标点ti，借助于参考所述参考系统S的球面坐标(ρi，θi，βi)来限定每个目标点ti的三维位置，所述坐标ρi和θi的值是已知的，
聚焦以三维确定所述目标点ti，所述聚焦包括以下步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在所述第一获取高度ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在所述第二获取高度ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
控制所述获取高度ha1和ha2处的所述聚焦，从而获得每个目标点的所述坐标βi的值；
所述设备(100)的特征在于所述控制单元还被布置成用于执行使每个目标点ti相对于其自身的由所述球面坐标(ρi，θi，βi)限定的三维位置进行全局聚焦的步骤，通过分析在每个获取点si处获得的数据来针对每个目标点ti获得所述聚焦步骤，其中所述目标点ti是可检测的。
11.根据权利要求10所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的设备(100)，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、hr1、hr2的至少一个发射天线(111)和至少两个接收天线(112)，其中hr1≠hr2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、hr1、hr2：
其中其中λ是由所述雷达传感器(110)发射的射频信号的波长。
12.根据权利要求10所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的设备(100)，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、ht2、hr1的至少两个发射天线(111)和接收天线(112)，其中ht1≠ht2，所述第一获取高度ha1和所述第二获取高度ha2≠ha1根据以下方程式而依据所述位置高度ht1、ht2、hr1：
其中其中λ是由所述雷达传感器(110)发射的射频信号的波长。
13.根据权利要求10所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的设备(100)，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、ht2、hr1、hr2的两个发射天线(111)和两个接收天线(112)，且其中三维确定所述目标点ti的所述步骤此外包括以下步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、ht2、hr1、hr2：
其中|ha1-ha4|＞|ha2-ha3|。
14.根据权利要求13所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的设备(100)，其中ht1＝hr1 e ht2≠ht1 e hr2≠ht2。
15.根据权利要求10所述的用于借助于差分干涉测量法技术监测场景的表面变形的设备(100)，其中所述雷达传感器(110)包括分别具有位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4的发射天线(111)和四个接收天线(112)，其中hr1≠hr2≠hr3≠hr4，且其中三维确定所述目标点ti的所述步骤还包括以下步骤：
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第三获取高度ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
在考虑预定且等于β0的βi的值的情况下，在第四获取高度ha4≠ha3≠ha2≠ha1处使每个目标点ti相对于其自身的位置聚焦；
根据以下方程式，所述获取高度是依据所述位置高度ht1、hr1、hr2、hr3、hr4：
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