一种山体滑坡的mimo雷达监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及监测山体滑坡的雷达技术，具体为基于步进频连续波技术 (SFCW)的一种山体滑坡的M頂0 (为多输入多输出的英文缩写，英文原文为Multi-input Multi-output)雷达监测系统。
【背景技术】
[0002] 滑坡是主要的地质灾害之一，关于山体滑坡的事故常有报道。统计资料显示，我国 每年因滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害死亡人数，占各类自然灾害死亡人数的四分之一。滑 坡对人民群众的生命和财产安全构成极大威胁，因此对滑坡的实时监测和预警研究的要求 日益紧迫。
[0003] 要避免山体滑坡造成伤害，有效方法之一就是对可能滑坡的山体进行实时监测、 并及时预警。已有多种山体滑坡监测的方案，例如光学仪器监测，GPS技术和无线传感网络 技术监测等。但这些方法所用的仪器均需要设置于滑坡监测区域，监测区域仪器的安装费 时费力成本不低，且某些监测区域极难根据需要的布局完成仪器安装，也就无法实现滑坡 的监测。一旦滑坡发生，监测区域的仪器大多会被损坏，不仅无法保留滑坡时的相关数据， 也造成了经济损失。
[0004] 雷达监测具有可全天候工作、受监测环境影响小、监测精度高和无接触式监测等 优点，因此近年来雷达山体滑坡监测被视为更有效的监测手段。典型的山体滑坡监测雷达 有欧洲委员会联合研究中心研制的LISA(LinearSAR)和意大利IDS公司生产的山体滑坡 雷达一微变形监测系统（ImagebyInterferometricSurvey，IBIS)。这些雷达系统监测 能力较高，实际运用价值较好。但所用的均属合成孔径雷达，即通过雷达天线的匀速直线运 动合成较大的孔径，以获取较高的方位向分辨率，导致雷达装置体积较大。最重要的是由于 天线的运动速度以及天线在运动过程中收发信号的位置都必须精准控制，否则测量精度无 法保证，达不到监测目的，且严重限制了数据采集速度。因而此类雷达系统的控制设备要求 很高，造价就高，安装拆卸移动均较麻烦，不利于推广应用。
[0005] 2012年公开号为CN102680971A的中国发明专利"一种用于山体滑坡监测的雷达 装置"结构比较简单，监测雷达将含有速度和距离信息的数据传送到现场控制器，由其进行 综合分析处理。其缺陷在于只采用一发一收或一发双收的发射接收模式，故其方位向分辨 率非常有限，监测精度和有效监测面积均难以满足实际滑坡监测的要求。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是提出一种山体滑坡的MM0雷达监测系统，包括同步控制单 元、信号产生单元、数模转换单元、信号调制单元、射频前端放大单元、低噪声放大单元、正 交解调单元、数据采集单元、信号处理单元、显示与预警单元以及MM0收发天线阵列。在同 步控制单元的同步和控制下，信号产生单元产生步进频连续波信号，该信号调制、放大后由 MIM0收发天线阵列发射到监测区域；在同步控制单元的同步和控制下，MIM0收发天线阵列 接收反射回波，经过放大、正交解调，得到正交I、Q两路信号，由信号处理单元据此探测监 测区域的形变情况并由显示与预警单元报警。
[0007] 本实用新型设计的一种山体滑坡的MM0雷达监测系统，包括顺序连接的信号产 生单元、数模转换单元、信号调制单元及发射天线，顺序连接的接收天线、低噪声放大单元、 正交解调单元、数据采集单元、信号处理单元和显示与预警单元，接收天线连接低噪声放大 单元；本实用新型的发射天线和接收天线为MM0雷达天线阵列，MHTO雷达天线阵列包括发 射天线阵列和接收天线阵列，发射天线阵列由M个发射天线阵元组成，发射天线阵元稀疏 布置、相互间隔为接收天线阵列由N个接收天线阵元组成，接收天线阵元密集布置、 相互间隔为A为发射波的波长，M和N均大于等于2、且MXN为大于或等于+ 2 Po 的整数，Pa为用波束宽度表示的方位向分辨率。满足上述条件的M和N，MXN越大方位向 分辨率将越高，但天线数增多雷达成本上升。 C
[0008] A_7，C表不光速，f。表不基带雷达彳目号调制后步进频起始频率， % 12GHz^f〇^ 18GHz〇
[0009] 信号调制单元的输出端经发射分时选择器与各发射天线阵元连接。各接收天线阵 元经接收分时选择器与低噪声放大单元的输入端连接。本系统还配有系统同步控制单元， 系统同步控制单元连接信号产生单元，对其进行同步控制，系统同步控制单元还连接天线 分时控制单元，天线分时控制单元根据系统同步信号产生的发射信号控制信号接入发射分 时选择器，接收信号控制信号接入接收分时选择器。信号调制单元的部分输出信号输入正 交解调单元，作为参考信号。供电单元与本系统各单元连接、提供适用电源。
[0010] 所述发射天线阵列的发射天线阵元为喇叭天线。
[0011] 所述接收天线阵列的接收天线阵元为Vivaldi天线。
[0012] 所述发射分时选择器和接收分时选择器为PIN二极管开关，所述天线分时控制单 元为码型发生器。码型发生器按信号发射和接收规则产生快速PIN二极管开关导通信号， 导通速度快。信号发射和接收规则如下：每个发射天线阵元发射N组脉冲，每组脉冲包含Q 个子脉冲，M个发射天线阵元在天线分时控制单元和发射分时选择器的控制下分时依次发 射。发射天线阵列发射雷达信号的同时，接收天线阵列对监测区域反射的雷达回波进行分 时接收。每个发射天线阵元发射的N组脉冲在天线分时控制单元和接收分时选择器的控制 下依次由N个接收天线阵元分时接收，每个接收天线阵元一次接收某个发射天线阵元的一 组脉冲。
[0013] 所述系统同步控制单元和信号产生单元均为现场可编程门阵列FPGA。
[0014] 为了让雷达照射监测区域产生的反射回波被接收后能够进行有效处理，需要使雷 达发射信号具备一定的能量，故信号调制单元输出端的调制后的信号经过一个射频前端放 大单元再接入发射分时选择器。
[0015] 本实用新型山体滑坡的MM0雷达监测系统使用时MM0天线阵列架设在需要监测 的滑坡地带的对立面，使监测区域处于MM0天线阵列的雷达信号照射范围内。
[0016] 正常供电后，系统同步控制单元发送启动指令，雷达监测系统开始工作。发射天 线阵列分时发射步进频连续波信号，接收天线阵列对监测区域反射的雷达回波进行分时接 收，数据采集得到雷达回波数据矩阵，送入信号处理单元，对回波数据成像处理，原始雷达 数据被聚焦成像，得到复影像。连续多次扫描后得到多幅复影像，经过复影像对配准、生成 差分干涉相位、相位解缠后提取形变值。根据形变值的绝对值与预警值比较，判断是否进行 山体滑坡灾害预警。
[0017] 与现有技术相比，本实用新型一种山体滑坡的MM0雷达监测系统具有的优势有： 1、利用MM0技术形成的多个虚拟观测通道获得高方位向分辨率，替代通过天线运动的方 式来获得较高方位向分辨率，避免了因雷达天线运动不精确而带来的测量误差；2、MHTO天 线阵列提高了雷达监测系统的数据采集速度；3、轻便和简化了雷达监测系统设备，较LISA 和IBIS系统，本系统不需要导轨，更加轻便灵活，而且扩展雷达孔径只需要增加天线数量 即可，更加方便；4、MIM0天线阵列布阵可调，有利于在满足测量精度要求的情况下降低雷 达监测系统成本，也可以此来调节雷达监测系统测量精度以用于不同监测场景；5、系统采 用分时MM0模式，避免了MM0发射波形的设计和接收端的匹配滤波，大大减少了发射机和 接收机的数量，降低了成本。
【附图说明】
[0018] 图1为本山体滑坡的MM0雷达监测系统实施例总体架构框图（图中未显示供电 单元）；
[0019] 图2为本山体滑坡的MM0雷达监测系统实施例和对比例监测数值仿真结果图。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
[0021] 山体滑坡的M頂0雷达监测系统实施例
[0022] 本山体滑坡的MIM0雷达监测系统实施例结构如图1所示，包括顺序连接的信号产 生单元、数模转换单元、信号调制单元及射频前端放大单元；顺序连接的低噪声放大单元、 正交解调单元、数据采集单元、信号处理单元、显示与预警单元。
[0023] 本例MM0雷达天线阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列。发射天线阵列由22 根发射天线阵元组成，为稀疏布置，发射天线阵元的间隔为22cm。发射天线阵列的发射天线 阵元为喇叭天线。射频前端放大单元的输出端经发射分时选择器与各发射天线阵元连接。
[0024] 本例接收天线阵列由22根接