CN115993600B - 一种超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法，该监测雷达包括超宽带收发天线、超宽带收发机、超宽带频综模块以及信号处理模块，超宽带频综模块用于提供同步时钟以及产生所需的超宽带射频信号，超宽带射频信号通过超宽带收发机中发射机形成发射信号后，由超宽带收发天线中发射天线进行发射，超宽带收发天线中接收天线接收到射频回波信号后，通过超宽带收发机中接收机进行中频数据采集，由信号处理模块根据采集到数据分别进行形变量监测以及崩滑早期状态监测，以实现崩滑预警。本发明具有结构简单、成本低、工作带宽宽、距离分辨率以及成像刷新率高，且能够兼顾实现边坡形变监测以及崩滑早期状态监测，实现崩滑预警。

Description

一种超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法

技术领域

本发明涉及边坡形变监测设备技术领域，尤其涉及一种超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法。

背景技术

边坡形变监测雷达主要应用于监测山体或矿坑等容易滑坡的地质体，以观察其在滑坡之前的缓慢蠕动形变过程。现有技术中边坡形变监测雷达主要采用圆弧合成孔径、滑轨合成孔径和MIMO三种形式，但是上述各类型边坡形变监测雷达的有效工作带宽均比较窄（小于1GHz），因而距离分辨率以及成像刷新率通常都不高。且现有技术中边坡形变监测雷达通常都是通过对比每幅图像对应目标点的相位变化来计算出其形变，而距离分辨率通常在二三十厘米级，即每个目标点对应距离维的跨度会达到二三十厘米，因而无法实现厘米级目标的检测。

崩滑（滑坡、崩塌）发生的早期往往是小石头等厘米级小物体发生缓慢的移动，后期才会发生大尺寸或者整个山包整体滑落。在传统边坡形变监测雷达中，滑坡或崩塌发生早期小石头等小目标的缓慢变化在成像结果中会被认为是在同一个距离单元，使得无法检测到该类小目标的移动变化，而小尺寸滑落体正式滑坡早期的表现，因而边坡形变监测雷达无法实现滑坡早期的及时有效监测。

以合成孔径雷达为例，雷达是以一个圆弧迹线为运动路线，来回运行一次后完成一次完整的采数，然后形成一次成像图形。使用合成孔径雷达实现边坡形变的监测时，需要雷达先对场景进行数十次的成像后，使用这些成像结果作为对比基准，然后开始测量监测区域的形变，仅能够实现蠕动形变的监测。同时为了保证雷达在移动过程中的稳定可靠性，雷达转动或者移动的速度通常非常慢，且为了保证每次成像的叠加一致性，还需要在扫描结束后回归原始起点才完成一次完整的采数，导致成像刷新率低，基于该成像刷新率低就难以监测出崩滑的早期状态。

综上，传统边坡形变监测雷达均会存在工作带宽窄、距离分辨率低以及成像刷新率低等问题，且只能简单监测蠕动形变，不能有效监测滑坡或崩塌早期缓慢滑落的状态，因而无法实现滑坡或崩塌的预警。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、工作带宽宽、距离分辨率以及成像刷新率高的超宽带边坡形变监测雷达系统及监测方法，能够兼顾实现边坡形变监测以及崩滑早期监测，从而有效实现崩滑预警。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种超宽带边坡形变监测雷达系统，包括超宽带收发天线、超宽带收发机、超宽带频综模块以及信号处理模块，所述超宽带收发天线通过所述超宽带收发机分别与所述超宽带频综模块、所述信号处理模块连接，所述超宽带频综模块用于提供同步时钟以及产生所需的超宽带射频信号，所述超宽带射频信号通过所述超宽带收发机中发射机形成发射信号后，由所述超宽带收发天线中发射天线进行发射，所述超宽带收发天线中接收天线接收到射频回波信号后，通过所述超宽带收发机中接收机进行中频数据采集，由所述信号处理模块根据采集到数据分别进行形变量监测以及崩滑早期状态监测，以实现崩滑预警。

进一步的，所述超宽带频综模块采用直接数字式频率合成器，所述直接数字式频率合成器中设置有微带滤波器以用于滤除带外干扰。

进一步的，所述超宽带收发机中晶体管使用场效应晶体管，所述超宽带收发机中还设置有矩形系数超过指定值的高阶微带滤波器。

进一步的，所述超宽带频综模块的输出端还设置有功分模块，以用于将所述超宽带频综模块产生的超宽带射频信号功分为多路输出。

进一步的，所述信号处理模块包括用于接收采集数据的数据接收单元、用于监测形变量的形变监测单元、用于进行崩滑早期状态监测的崩滑监测单元以及用于发送预警信息的预警单元，所述数据接收单元分别通过所述形变监测单元以及崩滑监测单元与所述预警单元连接，所述预警单元根据所述形变监测单元、崩滑监测单元的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。

进一步的，所述崩滑监测单元包括依次连接的数据截取子单元、脉冲积累子单元、运动目标检测子单元以及判断子单元，所述数据截取子单元接收所述数据接收单元输出的数据，截图指定监测区域对应角度的数据后输出，由所述脉冲积累子单元对截取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累，所述运动目标检测子单元根据各个脉冲进行运动目标检测，所述判断子单元根据运动目标检测结果判断是否处于崩滑的早期状态。

进一步的，所述形变监测单元包括依次连接的数据抽取单元、脉冲积累成像子单元、PS点选取子单元以及形变累积计算单元，所述数据抽取单元接收所述数据接收单元输出的数据，按照指定间距进行数据抽取后输出，所述脉冲积累成像子单元将抽取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累成像，所述PS点选取子单元从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的PS点，所述形变累积计算单元通过比较各组成像图像的每幅图像中所述PS点的相位变化，计算出累计形变量输出。

一种用于实施上述超宽带边坡形变监测雷达系统的监测方法，步骤包括：

获取所述超宽带收发机中接收机输出的原始数据；

从当前获取到的原始数据中按照指定间距进行数据抽取，根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量；

从当前获取到的原始数据中截取指定监测区域对应角度的数据，根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态；

根据所述累计形变量、崩滑早期状态的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。

进一步的，所述根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量的步骤包括：

将抽取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累成像；

从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的PS点；

比较各组成像图像的每幅图像中所述PS点的相位变化，计算出对应的所述累计形变量。

进一步的，所述根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态包括：

将截取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累；

根据各个脉冲进行运动目标检测，得到运动目标检测结果；

如果检测到运动目标则判定当前处于崩滑早期状态，否则判定当前没有处于崩滑早期状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过设置超宽带频综模块产生超宽带射频信号，结合超宽带收发天线、超宽带收发机进行超宽带射频信号的收发，可以形成超宽带雷达系统，使得可以显著提高工作带宽、距离分辨率以及成像刷新率，利用超宽带雷达系统的高工作带宽、高距离分辨率以及高成像刷新率的特性，使得使雷达具备厘米级小目标体监测的能力，在信号处理模块中对接收到的数据分别进行形变量监测以及崩滑早期状态监测，不仅可以更为精准的监测出形变量，还能够使得在成像结果中滑坡早期小目标缓慢变化的状态可以被有效监测到，从而结合形变监测与崩滑早期状态监测的结果实现崩滑预警；通过形变与崩滑监测双重的监测方式，还可以利用各自的监测结果相互进行验证，以最终确认崩滑的风险，可以有效提高崩滑预警的精度以及置信度。

附图说明

图1是本实施例超宽带边坡形变监测雷达系统的结构原理示意图。

图2是本实施例中信号处理模块的结构原理示意图。

图3是本实施例中实现形变监测与崩滑预警的具体流程示意图。

图例说明：1、超宽带收发天线；2、超宽带收发机；3、超宽带频综模块；4、信号处理模块；401、数据接收单元；402、形变监测单元；421、数据抽取单元；422、脉冲积累成像子单；423、PS点选取子单元；424、形变累积计算单元；403、崩滑监测单元；431、数据截取子单元；432、脉冲积累子单元；433、运动目标检测子单元；434、判断子单元；404、预警单元；5、功分模块；6、电源模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

合成孔径雷达包括圆弧合成孔径和滑轨合成孔径雷达，距离分辨率由工作带宽决定，方位向分辨率则由波长、臂长（滑轨为轨道圆弧对应半径长度）和天线的方位向有效波束宽度决定，如公式（1）所示：

（1）

其中，为方位向分辨率，/>为工作频率对应波长，L为臂长，/>为天线的方位向有效波束宽度。

由式（1）可以看出，当波长越短、臂长越长、天线方位向有效波束宽度越宽，则合成孔径雷达的方位向分辨率就越高，因而可以通过较小的尺寸实现较好的方位向分辨率。

以不可转动MIMO（多接收多发送）形式的边坡形变监测雷达为例，其方位向分辨率由波长和等效天线孔径决定，如下式：

（2）

其中，为方位向分辨率，/>为工作频率对应波长，/>为等效天线孔径尺寸。即当波长越短，等效天线孔径尺寸越大，那么雷达的方位向分辨率就会越高，则对于固定的MIMO形式边坡而言，为了实现高的方位向分辨率，雷达在方位向的天线阵列的尺寸需要比较大。

传统边坡形变监测雷达的工作带宽一般不超过5%，即工作带宽不超过1GHz，距离分辨率通常为15cm，因而无法实现厘米级目标的检测。若要同时实现边坡形变监测以及滑坡监测则需要同时配置两台雷达以组合实现，但是该类组合方式不仅成本较高，而且两台雷达之间还会存在相互干扰而影响最终检测效果，同时传统形变监测雷达实际只能检测尺寸很大的滑落目标，无法监测滑坡早期小目标缓慢变化的状态，因而无法在滑坡、崩塌发生前及时进行预警。

超宽带雷达系统的工作带宽需要不低于工作频率的25%，则工作带宽超过10GHz的超宽带雷达的距离分辨率可以达到厘米级。以雷达系统的工作频率为20GHz为例，超宽带雷达系统的工作带宽可以达到不低于5GHz，对应距离分辨率为3cm。即若能够实现超宽带边坡形变监测雷达系统，使得雷达的距离分辨率可以达到厘米级，可以显著提高工作带宽、距离分辨率以及成像刷新率，利用较高的距离分辨率以及成像刷新率，不仅可以更为精准的监测出形变量，还能够使得在成像结果中滑坡早期小目标缓慢变化的状态可以被有效监测到，从而可以实现崩滑监测预警。

如图1所示，本实施例超宽带边坡形变监测雷达系统包括超宽带收发天线1、超宽带收发机2、超宽带频综模块3以及信号处理模块4，超宽带收发天线1通过超宽带收发机2分别与超宽带频综模块3、信号处理模块4连接，超宽带频综模块3用于提供同步时钟以及产生所需的超宽带射频信号，超宽带射频信号通过超宽带收发机2中发射机形成发射信号后，由超宽带收发天线1中发射天线进行发射，超宽带收发天线1中接收天线接收到射频回波信号后，通过超宽带收发机2中接收机进行中频数据采集，由信号处理模块4根据采集到数据分别进行形变量监测以及崩滑（滑坡、崩塌）早期状态监测，以实现崩滑预警。

本实施例通过设置超宽带频综模块3以产生超宽带射频信号，结合超宽带收发天线1、超宽带收发机2进行超宽带射频信号的收发，可以形成超宽带雷达系统，使得可以显著提高工作带宽、距离分辨率以及成像刷新率，利用该超宽带雷达系统的高工作带宽、高距离分辨率以及高成像刷新率的特性，使得雷达具备厘米级小目标体监测的能力，进而结合信号处理模块4对接收到的数据进行形变量监测，同时进行崩滑早期状态监测警，使得能够兼具形变监测与崩滑早期状态监测功能，从而结合形变监测与崩滑早期状态监测的结果实现崩滑预警。

本实施例中，超宽带频综模块3的输出端还设置有功分模块5，以用于将超宽带频综模块3产生的超宽带射频信号功分为多路输出。超宽带收发机2具体包括超宽带发射机201与超宽带接收机202，超宽带收发天线1包括超宽带接收天线101以及超宽带发射天线102，超宽带频综模块3、功分模块5、超宽带发射机201以及超宽带接收天线101依次连接，功分模块5的输出端还连接至超宽带接收机202，超宽带接收天线101、超宽带接收机202与信号处理模块4依次连接。

如图1所示，本实施例中超宽带频综模块3具体集成有系统时钟和锁相环两部分，以提供雷达系统的同步时钟，并产生雷达系统所需要的超宽带射频信号；由功分模块5将超宽带频综模块3产生的超宽带射频信号功分为多路输出，超宽带发射机201将超宽带频综模块3提供的超宽带射频信号进行滤波放大输出，形成雷达系统的发射信号；超宽带发射天线102将超宽带发射机201输出的超宽带射频信号转换为电磁波，往空间中辐射出去；超宽带接收天线101将空间中工作带宽内的电磁波经天线接收回来送入超宽带接收机202；超宽带接收机202将接收到的射频回波信号进行放大滤波处理，并将超宽带射频信号进行下变频，完成中频数据采集后输出给信号处理模块4；信号处理模块4对超宽带接收机202采集的数据进行存储，分别进行形变监测以及滑坡/崩塌监测处理后，将处理结果传输至上位机进行显示分析，判定是否需要进行预警。系统还设置有电源模块6，以用于给雷达各电路模块进行供电。

本实施例中，超宽带频综模块3具体采用直接数字式频率合成器（DDS），直接数字式频率合成器中设置有微带滤波器以用于滤除带外干扰，微带滤波器具体可以通过频率规划进行选取，最终可以实现低噪声、高线性度的频率源。传统雷达频率源输出带宽最多1~2GHz，本实施例通过采用上述结构的超宽带频综模块3，基于DDS直接数字合成技术可以实现低噪声、高线性的超宽带频率源，带宽可以扩展至10GHz以上，从而使得可以产生雷达系统所需要的超宽带射频信号，以利于监测滑坡早期小体积目标点。

本实施例中，超宽带收发机2中晶体管具体使用场效应晶体管，超宽带收发机2中还设置有矩形系数超过指定值的高阶微带滤波器。传统边坡监测雷达均是采用内置匹配芯片进行设计，虽然部分芯片工作带宽可以达到几个GHz，但带内平坦度、工作带宽会存在较大的限制，使得相对带宽一般不超过5%，无法满足超宽带雷达的相对带宽要求。本实施例使用场效应晶体管，通过多级级联匹配仿真，并采用矩形系数较好的高阶微带滤波器，最终可以实现工作带宽超过10GHz、平坦度较好的超宽带发射机和接收机。

工作带宽主要受限于频率源、接收机以及发射机，比如低频的倍频可能还落在工作频带内无法去除而影响最终的成像质量。本实施例通过设计实现超宽带频综模块3、超宽带收发机2（超宽带发射机以及超宽带接收机），可以很好的满足超宽带雷达系统的要求，构建形成工作带宽超过10GHz的超宽带雷达系统，使得雷达的距离分辨率可以达到厘米级，从而能够保证从距离维分辨出厘米级的小尺寸滑落目标体，实现滑坡、崩塌早期状态的监测，进而可以在滑坡、崩塌真正发生前提前进行预警。

如图2所示，本实施例中信号处理模块4具体包括用于接收采集数据的数据接收单元401、用于监测形变量的形变监测单元402以及用于进行崩滑早期状态监测的崩滑监测单元403以及用于发送预警信息的预警单元404，数据接收单元401分别通过形变监测单元402以及崩滑监测单元403与预警单元404连接，预警单元404根据形变监测单元402、崩滑监测单元403的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。利用超宽带雷达高工作带宽与高距离分辨率的特定，信号处理模块4中分别采用两个独立的监测单元分别进行形变和滑坡早期状态监测处理，分别输出形变和滑坡/崩塌早期状态监测结果，使得单雷达同时具备形变和滑坡/崩塌早期状态监测能力，不仅可以监测蠕动形变，提高滑坡监测成像刷新率，还可以监测滑坡/崩塌早期小尺寸物体缓慢滑动的状态，使得在滑坡/崩塌真正发生前即可以及时进行预警。同时通过蠕动形变与滑坡/崩塌双重的监测方式，还可以利用各自的监测结果相互进行验证，以最终确认滑坡/崩塌的风险，可以实现实时有效的监测预警，提升雷达的监测性能。

本实施例中，崩滑监测单元403具体包括依次连接的数据截取子单元431、脉冲积累子单元432、运动目标检测子单元433以及判断子单元434，数据截取子单元431接收数据接收单元401输出的数据，截图指定监测区域对应角度的数据后输出，由脉冲积累子单元432对截取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累，运动目标检测子单元433根据各个脉冲进行运动目标检测，预警判定单元434根据运动目标检测结果判断是否处于发生崩塌或滑坡的早期状态。具体的，运动目标检测子单元433监测到运动目标，则判定子单元434判定当前处于发生崩塌或滑坡的早期状态，否则判定没有处于崩塌或滑坡的早期状态。采用上述结构的崩滑监测单元403，通过截取超宽带雷达接收数据中指定部分数据进行处理，先进行多脉冲积累，再进行运动目标检测，由于超宽带雷达的工作带宽以及距离分辨率较高，则在滑坡开始早期的厘米级的小尺寸物体发生移动时即可以被作为运动物体目标监测到，从而使得可以有效具备监测滑坡、崩塌早期状态的能力，进而实现提前预警滑坡、崩塌。

本实施例中，形变监测单元402具体包括依次连接的数据抽取单元421、脉冲积累成像子单元422、PS点选取子单元423以及形变累积计算单元424，数据抽取单元421接收数据接收单元401输出的数据，按照指定间距进行数据抽取后输出，脉冲积累成像子单元422将抽取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累成像，PS点选取子单元423从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的PS点（监测点），形变累积计算单元424通过比较各组成像图像的每幅图像中PS点的相位变化，计算出累计形变量输出。采用上述结构的形变监测单元402，通过抽取超宽带雷达接收数据中数据进行处理，可以有效降低距离分辨率，再利用多脉冲积累成像获取多组成像图像，通过比较多组成像图像中监测点的相位变化，可以实现快速、精准的形变量监测。

本实施例中，预警单元404具体通过根据形变监测单元402、崩滑监测单元403的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息，如果崩滑监测单元403监测到当前处于早期崩滑状态，即监测到运动目标，且形变监测单元402监测到的形变量超过预设阈值，则最终判定发生崩塌或滑坡的风险较大，控制发送预警信息。通过形变监测结果、运动目标监测结果相互印证，可以有效提高滑坡或崩塌预测的精度，避免误判。

可以理解的是，预警单元404可以综合形变监测单元402、崩滑监测单元403的结果来发出预警以确保预警精度。当然也可以根据实际需求，当崩滑监测单元403监测到存在运动目标，判断当前处于早期崩滑状态时，即控制预警单元404发送预警信息，以尽早的发送预警信息，确保预警的实时性，可以再综合形变监测单元402的结果来最终确认崩滑发生的风险，进而确认预警的提示级别，具体均可以根据实际需求配置。

在具体应用实施例中，信号处理模块4可以采用一个集成模块实现，对接收到的雷达回波数据分两条处理流程进行，一条处理流程对数据进行抽取，将雷达的距离分辨率降低到二三十厘米级，然后通过多脉冲积累成像以及监测点相位变化比较，实现从近距离覆盖远距离边坡形变预警监测；通过另一条流程截取指定监测的小角度近距离区域数据，对该区域数据进行脉冲积累成像并进行运动目标检测，以判断是否处于滑坡或崩塌的早期状态。通过两条处理流程，可以同时进行形变监测和崩滑早期监测处理，实现形变监测和崩滑早期状态监测两种功能，同时综合两种监测结果确定崩滑的风险并进行提前预警。优选的，上述成像过程中可以排脂每分钟几十赫兹的成像刷新率，以实现监测的快速实时性。

本实施例通过上述超宽带边坡形变监测雷达系统，有效工作带宽可以达到较宽的水平（不低于10GHz），可以实现厘米级的距离分辨率，从而有效地实现对滑坡早期微小目标的移动进行监测预警。

如图3所示，本实施例实施上述超宽带边坡形变监测雷达系统的监测方法的步骤包括：

步骤S01.获取超宽带收发机2中接收机输出的原始数据。该原始数据具体即为ADC电路采集回的数字信号。

步骤S02.从当前获取到的数据中按照指定间距进行数据抽取，根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量。

由于当前超宽带系统距离分辨率较高，可以达到厘米级，形变监测距离一般超过2km，会造成距离维网格很大，很难进行计算。本实施例先对原始数据进行抽取以降低距离分辨率。以对原始数据进行10倍抽取为例，假设原始数据一个脉冲对应3000个点，一个点代表0.1m的距离，进行10倍抽取即是每10个点最后只保留一个点，抽取后即变成300个点，每个点代表的距离为1m，可以达到降低距离分辨率的效果。

抽取出数据后，再根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量，具体步骤包括：

步骤S201.将抽取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累成像；

步骤S202.从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的PS点；

步骤S203.比较各组成像图像的每幅图像中PS点（监测点）的相位变化，计算出对应的累计形变量。

如图3所示，当原始数据输入后，在形变监测流程中，先对输入的原始数据进行抽取以降低距离分辨率，使距离维网格在计算平台能够承受的范围内；然后再对数据做相应点数的傅里叶变换，从时域转换为频域，进一步对多个脉冲进行积累成像；然后通过多组成像图像进行筛选，选取成像结果中较稳定的强点作为PS点进行监测，通过比较每幅图像中PS点的相位变化，从而计算出其对应的累计形变，最终将形变值传输给上位机进行显示。

步骤S03.从当前获取到的数据中截取指定监测区域对应角度的数据，根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态。

由于距离分辨率较高，而为实现近距离滑坡/崩塌监测无需使用所有数据，本实施例对输入的原始数据先进行截取，截取的点数保证能够覆盖监测区域对应的距离即可。通过截取所需监测区域对应角度的数据进行崩塌与滑坡预警监测处理，可以降低测量距离。假设原始数据一个脉冲对应3000个点,一个点代表0.1m的距离，只截取前面300个点，则每个点代表的距离还是0.1m，距离分辨率保持不变，但是截取后，最远测量距离就只有30m了。

截取出数据后，再根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态，具体步骤包括：

步骤S301.将截取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累；

步骤S302.根据各个脉冲进行运动目标检测，得到运动目标检测结果；

步骤S303.如果检测到运动目标则判定当前处于崩滑早期状态，否则判定当前没有处于崩滑早期状态。

如图3所示，在滑坡/崩滑早期状态监测流程中，选取指定监测区域对应角度的原始数据，进行傅里叶变换，结合滑坡早期小目标体移动的速度，执行适合数量的脉冲积累，保证速度分辨率能够区分小目标体的缓慢移动。然后对运动目标进行成像判定，最终给出滑坡早期状态的判定结果，如果判定为滑坡的早期状态，可以发出预警信息，输出给上位机进行显示。

上述运动目标检测方法具体可以根据实际需求采用各类型运动目标检测算法实现。

上述步骤S02、步骤S03是并行执行的，并非是前后执行的关系，当然也可以根据实际需求配置执行顺序。例如可以通过开辟两个独立的空间，将原始数据分别送入该两个空间中分别执行步骤S02、步骤S03，两个空间相互独立处理，分别得到形变和滑坡早期小体积目标点的滑变监测结果，实现单雷达形变监测与崩滑监测复用。

步骤S04.根据累计形变量、崩滑早期状态的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。

本实施例通过综合形变监测结果、崩滑监测中运动目标监测结果最终判定崩滑发生的风险，预测是否会发生滑坡或崩塌，如果形变监测结果监测到超过预设阈值的形变量，同时监测到存在运动目标，则预测存在较大风险发生滑坡或崩塌。通过形变监测结果、运动目标监测结果相互印证确认是否存在滑坡，有效提高滑坡或崩塌预测的精度以及置信度。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种超宽带边坡形变监测雷达系统，其特征在于：包括超宽带收发天线(1)、超宽带收发机(2)、超宽带频综模块(3)以及信号处理模块(4)，所述超宽带收发天线(1)通过所述超宽带收发机(2)分别与所述超宽带频综模块(3)、所述信号处理模块(4)连接，所述超宽带频综模块(3)用于提供同步时钟以及产生所需的超宽带射频信号，所述超宽带射频信号通过所述超宽带收发机(2)中发射机形成发射信号后，由所述超宽带收发天线(1)中发射天线进行发射，所述超宽带收发天线(1)中接收天线接收到射频回波信号后，通过所述超宽带收发机(2)中接收机进行中频数据采集，由所述信号处理模块(4)根据采集到数据分别进行形变量监测以及崩滑早期状态监测，以实现崩滑预警；

所述信号处理模块(4)包括用于接收采集数据的数据接收单元(401)、用于监测形变量的形变监测单元(402)以及用于进行崩滑早期状态监测的崩滑监测单元(403)；所述崩滑监测单元(403)包括依次连接的数据截取子单元(431)、脉冲积累子单元(432)、运动目标检测子单元(433)以及判断子单元(434)，所述数据截取子单元(431)接收所述数据接收单元(401)输出的数据，截图指定监测区域对应角度的数据后输出，由所述脉冲积累子单元(432)对截取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累，所述运动目标检测子单元(433)根据各个脉冲进行运动目标检测，所述判断子单元(434)根据运动目标检测结果判断是否处于崩滑的早期状态。

2.根据权利要求1所述的超宽带边坡形变监测雷达系统，其特征在于，所述超宽带频综模块(3)采用直接数字式频率合成器，所述直接数字式频率合成器中设置有微带滤波器以用于滤除带外干扰。

3.根据权利要求1所述的超宽带边坡形变监测雷达系统，其特征在于，所述超宽带收发机(2)中晶体管使用场效应晶体管，所述超宽带收发机(2)中还设置有矩形系数超过指定值的高阶微带滤波器。

4.根据权利要求1所述的超宽带边坡形变监测雷达系统，其特征在于，所述超宽带频综模块(3)的输出端还设置有功分模块(5)，以用于将所述超宽带频综模块(3)产生的超宽带射频信号功分为多路输出。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的超宽带边坡形变监测雷达系统，其特征在于，所述信号处理模块(4)还包括用于发送预警信息的预警单元(404)，所述数据接收单元(401)分别通过所述形变监测单元(402)以及崩滑监测单元(403)与所述预警单元(404)连接，所述预警单元(404)根据所述形变监测单元(402)、崩滑监测单元(403)的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。

6.根据权利要求1所述的超宽带边坡形变监测雷达系统，其特征在于，所述形变监测单元(402)包括依次连接的数据抽取单元(421)、脉冲积累成像子单元(422)、PS点选取子单元(423)以及形变累积计算单元(424)，所述数据抽取单元(421)接收所述数据接收单元(401)输出的数据，按照指定间距进行数据抽取后输出，所述脉冲积累成像子单元(422)将抽取出的数据转换至频域后进行多个脉冲积累成像，所述PS点选取子单元(423)从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的PS点，所述形变累积计算单元(424)通过比较各组成像图像的每幅图像中所述PS点的相位变化，计算出累计形变量输出。

7.一种用于实施权利要求1～6中任意一项所述的超宽带边坡形变监测雷达系统的监测方法，其特征在于，步骤包括：

获取所述超宽带收发机(2)中接收机输出的原始数据；

从当前获取到的原始数据中按照指定间距进行数据抽取，根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量；

从当前获取到的原始数据中截取指定监测区域对应角度的数据，根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态；

根据所述累计形变量、崩滑早期状态的监测结果判断是否可能发生崩滑事件，以控制发送预警信息。

8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，所述根据抽取出的数据进行多脉冲累积成像，以计算出累计形变量的步骤包括：

将抽取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累成像；

从脉冲积累成像得到的各组成像图像中选取出成像结果满足预设条件的PS点；

比较各组成像图像的每幅图像中所述PS点的相位变化，计算出对应的所述累计形变量。

9.根据权利要求7或8所述的监测方法，其特征在于，所述根据截取出的数据进行运动目标检测，以判断是否处于崩滑的早期状态包括：

将截取出的数据转换至频域后，进行多个脉冲积累；

根据各个脉冲进行运动目标检测，得到运动目标检测结果；

如果检测到运动目标则判定当前处于崩滑早期状态，否则判定当前没有处于崩滑早期状态。