[發(fā)明專利]基于毫米波雷達(dá)的山體滑坡監(jiān)測(cè)方法、電子設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110604801.9
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN113419238A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石紹應(yīng);魯千紅;唐少林;吳杰偉;馮勤群;劉永華;王亮;吳尚鴻;周立和;楊杰;蔣賢燁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南森鷹智造科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S7/41;G01S7/36
• 代理公司: 北京金之橋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11137
• 代理人: 雷利平

本發(fā)明涉及一種基于毫米波雷達(dá)的山體滑坡監(jiān)測(cè)方法、電子設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)。方法包括：以布設(shè)于待監(jiān)測(cè)山體表面的強(qiáng)散射體為目標(biāo)，用毫米波雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的初始位置來建立靜態(tài)雜波圖作為對(duì)比模板，對(duì)靜態(tài)雜波圖中以目標(biāo)位置為監(jiān)測(cè)點(diǎn)建立波門；在后續(xù)每次掃描中，判斷波門內(nèi)目標(biāo)的有無情況，基于判斷結(jié)果對(duì)待監(jiān)測(cè)山體的山體滑坡情況進(jìn)行預(yù)警。本發(fā)明直接聚焦于山體滑坡問題，在山體表面布設(shè)強(qiáng)散射體，用毫米波雷達(dá)對(duì)強(qiáng)散射體的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一方面能夠?qū)ι襟w滑坡進(jìn)行快速預(yù)警，另一方面也能通過長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)對(duì)慢動(dòng)趨勢(shì)影響進(jìn)行分析，并且，由于直接對(duì)山體表面預(yù)警，因此可看做是一種近似無創(chuàng)傷的監(jiān)測(cè)技術(shù)，同時(shí)無需研究其它因素對(duì)山體滑坡的間接影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于手勢(shì)識(shí)別領(lǐng)域，特別涉及基于毫米波雷達(dá)的山體滑坡監(jiān)測(cè)方法、電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

一般來說，雷達(dá)的距離分辨率(其中c表示電磁波傳播速度，B表示信號(hào)帶寬)，而毫米波雷達(dá)的帶寬B很大，因此能夠達(dá)到較高的距離分辨率；同理，雷達(dá)的速度分辨率為(其中λ表示信號(hào)波長(zhǎng)，N為一幀傳輸?shù)拿}沖數(shù)，T_c為脈沖重復(fù)周期)，通過提高T_f＝NT_c(有效幀周期)，毫米波雷達(dá)也能夠達(dá)到較高的速度分辨率；收發(fā)天線數(shù)量直接決定了雷達(dá)的角度分辨率，借助MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)和高分辨測(cè)角技術(shù)，就能夠保證毫米波雷達(dá)足夠的角度分辨率。綜上，由于毫米波雷達(dá)在距離、速度和角度的分辨率較高，能夠保證對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)強(qiáng)散射體的正常檢測(cè)和跟蹤，這是本發(fā)明整個(gè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

毫米波雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距、測(cè)速和測(cè)角的基本方法均采用FFT法進(jìn)行處理。首先，雷達(dá)發(fā)射的是線性調(diào)頻信號(hào)，即信號(hào)的頻率隨著時(shí)間線性變化，單目標(biāo)的情況如圖1所示，接收脈沖在發(fā)射信號(hào)的基礎(chǔ)上延遲τ(目標(biāo)延遲)，將接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行差頻處理，可以看出相差的頻率是一個(gè)固定值S_τ，忽略距離-速度耦合的影響，真實(shí)目標(biāo)的距離R_τ＝cS_τ/(2μ)，其中μ表示線性調(diào)頻信號(hào)的帶寬除以時(shí)寬，因此通過對(duì)差頻信號(hào)進(jìn)行FFT處理得到中心頻率S_τ，就可以折算出目標(biāo)的真實(shí)距離，多目標(biāo)的情況如圖2所示，經(jīng)過FFT處理后會(huì)存在多個(gè)峰值。

進(jìn)行測(cè)速時(shí)也采用的是FFT處理，相對(duì)于測(cè)距來說，測(cè)速是在不同的脈沖之間進(jìn)行的，以圖3為例，由于雷達(dá)是間隔脈沖重復(fù)周期發(fā)射電磁波，因此雷達(dá)會(huì)接收到同一個(gè)目標(biāo)的多個(gè)回波信號(hào)，如圖3中深色和淺色的回波分別表示同一個(gè)目標(biāo)相鄰兩個(gè)脈沖的回波信號(hào)，經(jīng)過差頻FFT第一次處理后，峰值指示目標(biāo)的距離，但是由于多普勒的調(diào)制效應(yīng)，峰值位置處的相位不同，在峰值處再進(jìn)行FFT處理，就能夠得到多普勒頻率的變化信息，從而得到目標(biāo)的速度。

對(duì)角度的測(cè)量是在不同陣元上處理的，如圖4所示，由于陣元的位置不同，不同方位的目標(biāo)被不同陣元接收到具有一定波程差(電磁波行進(jìn)的路程)，在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下，波程差又主要表現(xiàn)為不同陣元接收到的相位差，因此在不同陣元相同距離單元上進(jìn)行FFT處理，就可以得到該距離單元上目標(biāo)的角度值。

進(jìn)行FFT處理測(cè)量目標(biāo)的距離、多普勒和方位時(shí)，不可能在理想條件下進(jìn)行，而是伴隨著噪聲和干擾信號(hào)，因此還需要在多維FFT處理的結(jié)果上進(jìn)行檢測(cè)處理，才能夠進(jìn)行目標(biāo)指示。最常見的進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)的方式是CFAR(恒虛警率處理)，即保持虛警概率一定的條件下，使目標(biāo)的檢測(cè)概率最大，其基本原理是估計(jì)周圍的干擾或噪聲水平，自適應(yīng)的調(diào)整檢測(cè)門限，從而檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)。

最后，對(duì)檢測(cè)到的目標(biāo)需要進(jìn)行跟蹤處理，目前國(guó)內(nèi)外比較常見的技術(shù)是結(jié)合卡爾曼濾波，形成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的軌跡，從而判斷目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的意圖。

在本發(fā)明中，就是通過判斷布設(shè)在山體監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的強(qiáng)散射體位置變化來判斷山體緩變，通過判斷強(qiáng)散射體的速度變化來判斷威脅程度等級(jí)。

對(duì)于滑坡變形相關(guān)的物理量測(cè)量方法，目前有聲發(fā)射監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、深部橫向推力監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、地表水監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)以及人類工程活動(dòng)監(jiān)測(cè)等。