[发明专利]基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统及方法

权利要求书

1.一种基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统，其特征在于：包括

围岩形变量测雷达终端，用于通过线性调频连续波测量隧道围岩的微小位移信息，并通过通讯模块将信息传送至上位机；

上位机，用于接收围岩形变量测雷达终端传送的位移信息，并根据此位移信息进行分析计算，实现隧道围岩形变的量测预警。

2.根据权利要求1所述的基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统，其特征在于：所述的围岩形变量测雷达终端包括依次连接的天线模块、射频模块、信号处理模块和通讯模块，射频模块包括第一调制器，第一调制器的信号输出端连接第一镜像抑制混频器的信号输入端，第一镜像抑制混频器的信号输入端还连接本地振荡器的信号输出端，第一镜像抑制混频器的信号输出端连接带通滤波器的信号输入端，带通滤波器的信号输出端连接功放的信号输入端，功放的信号输出端连接发射天线，带通滤波器的信号输出端还通过发射信号耦合电路和光耦隔离模块连接第二镜像抑制混频器的信号输入端，第二镜像抑制混频器的信号输入端还连接中频本地振荡器的信号输出端；接收天线的信号输出端连接低噪声放大器的信号输入端，低噪声放大器的信号输出端连接第三镜像抑制混频器的信号输入端，第三镜像抑制混频器的信号输出端通过频率灵敏度控制模块连接中频放大器的信号输入端；中频放大器的信号输出端连接第二调制器的信号输入端；所述的信号处理模块包括数字信号处理器和与数字信号处理器连接的DDR内存，数字信号处理器还与现场可编程门阵列连接，现场可编程门阵列的信号输出端连接射频模块中第一调制器的信号输入端，现场可编程门阵列的信号输入端通过模数转换器连接射频模块中的第二调制器的信号输出端；所述的通讯模块连接信号处理模块中数字信号处理器的信号输出端；所述的天线模块包括发射天线和接收天线。

3.根据权利要求2所述的基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统，其特征在于：所述的天线模块采用微带贴片天线。

4.根据权利要求3所述的基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统，其特征在于：所述的射频模块发射K波段电磁波。

5.根据权利要求4所述的基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统，其特征在于：所述的通讯模块采用GPRS无线传输模块。

6.根据权利要求5所述的基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统，其特征在于：所述的围岩形变量测雷达终端设置在隧道侧拱顶沉降点底部。

7.根据权利要求6所述的基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警系统，其特征在于：所述围岩形变量测雷达终端的天线模块由步进电机控制转动。

8.一种基于连续波雷达的隧道围岩形变量测预警方法，其特征在于：包括以下步骤

A:利用围岩形变量测雷达终端发射K波段电磁波测量被监测点，接收天线接收监测点所反射的回波；

B: 基于杂波的强度建立杂波幅度图和杂波轮廓图，对杂波所在区域根据杂波幅度图来对目标进行检测，对杂波边缘采用选大恒虚警处理；

C: 围岩形变量测雷达终端的信号处理模块对输入的数据进行求模处理，得到的数据分别送到两个并行的支路进行处理；

D: 第一支路利用轮廓杂波图将数据分为杂内和杂外两个部分，杂内的数据通过与特定门限比较从而得出目标信息，门限是由幅度杂波图对应单元的幅值决定；杂外数据利用慢门限恒虚警进行处理得出目标信息，慢门限恒虚警的门限由接收机内部的噪声的估计值决定；数据经处理第一支路最终得出目标信息A；第二支路将回波信号做非相干积累后再进行选大恒虚警处理，最终得出目标信息B；

E: 围岩形变量测雷达终端的信号处理模块将目标信息A和目标信息B综合处理后得到围岩监测点回波的差拍信号，然后通过对有效时间段内的差拍信号进行离散化处理, 对每个重复周期内的数据进行频谱分析, 得到多普勒频率；

F: 围岩形变量测雷达终端的信号处理模块利用得到的多普勒频率计算出监测点的径向速度、与其矢量正交的是切向速度、监测点的微小位移和到雷达终端的距离信息；

G: 围岩形变量测雷达终端的信号处理模块将计算出监测点的径向速度、监测点的微小位移和到雷达终端的距离信息发送至上位机，上位机根据此位移信息进行分析计算，实现隧道围岩形变的量测预警。