[实用新型]一种模块化地基边坡雷达监测系统

说明书

本实用新型公开一种模块化地基边坡雷达监测系统，由模块化地基边坡雷达、PSD相机、边坡构成；模块化地基边坡雷达由组合反射阵面、初级馈源、收发信道以及数据处理模块构成，组合反射阵面由若干个模块反射阵面拼接构成，每个模块反射阵面由3个以上不共线的特征光点和若干个基本反射单元构成；PSD相机用于快速测量每个基本反射单元的位置坐标。初级馈源辐射电磁波，照射组合反射阵面，通过调节每个基本反射单元的相位补偿量，在指定方向上形成高增益笔形波束，对边坡及关键监测点进行快速电扫描，并接收回波信号，经收发信道后，送给数据处理模块，得到三维雷达图像与干涉相位图，计算边坡位移形变量。

技术领域

本实用新型属于防灾减灾技术领域，涉及一种模块化地基边坡雷达监测系统。

背景技术

我国是世界上地质灾害最严重、受威胁人口最多的国家之一，各种滑坡灾害(例如：露天矿边坡滑坡、山体滑坡、大坝滑坡、尾矿坝边坡滑坡)时有发生，滑坡事故往往造成严重的后果，经济损失巨大，人员伤亡惨重。为研究边坡滑坡的触发机理并实现快速准确的预测预报，迫切需要有效的滑坡监测仪器与设备。

边坡雷达使用雷达波束扫描观测区域得到雷达图像，通过对不同时间的图像相位干涉处理提取相位变化信息，实现边坡表面微小形变的高精度测量。相比于传统的监测设备，边坡雷达无需在目标区进行测量点布设，具有如下优点：(1)大范围空间的连续监测，一般的监测范围可达数平方公里，可获得监测区域内的空间连续形变信息，与传统的离散点监测方法相比，更容易分析出目标区域的形变信息；(2)非接触式远距离测量，边坡雷达通过主动发射电磁波实现对目标区域的远距离监测，无需在目标区域表面安装任何附属设备，从而避免了人工进入危险区域建立基准点或者监测网等，有利于保障工作人员的安全。

目前用于边坡监测的雷达有两种类型：(1)地基实孔径边坡雷达、(2)地基合成孔径雷达。地基实孔径边坡雷达以澳大利亚GROUNDPROBE公司的SSR(Slope StabilityRadar)雷达为代表，地基合成孔径雷达以意大利IDS公司的IBIS(Image ByInterferometric Survey)雷达为代表。地基实孔径边坡雷达通过机械伺服系统调整天线波束指向，在方位向和俯仰向进行扫描，可以得到边坡的三维雷达图像。地基合成孔径雷达通过在精密线性导轨(例如2m长的直线轨道)上移动天线实现方位向的扫描，得到二维雷达图像。

这些雷达在实际使用中存在如下问题：(1)雷达成像时间慢，地基实孔径边坡雷达使用伺服系统转动大孔径天线(抛物面天线)实现波束扫描，扫描速度很慢；地基合成孔径雷达在精密导轨上移动天线等效成虚拟大孔径天线实现波束扫描，扫描速度较慢；(2)升级扩展能力差，地基实孔径边坡雷达角分辨率为δθ_a＝λ/D，在距离R处的方位向分辨率为δR_a＝(λ/D)R，这里的λ为雷达波长，D为天线孔径。如要提高方位向分辨率，则需要加大天线的尺寸D，而大天线及相应的伺服控制系统加工制作非常困难，使用起来也不方便，无法安装在移动平台上，转动扫描也很困难；假设地基合成孔径雷达收发天线孔径为D，轨道长度为L，则地基合成孔径边坡雷达角分辨率为δθ_a＝λ/(2·L)，在距离R处的方位向分辨率为δR_a＝(λ/2L)R，如要提高方位向分辨率，则需要增加轨道长度L，其最大的有效合成孔径长度L_max＝(λ/D)R，分辨率为δR_a＝D/2，如要进一步提高分辨率，只有减小单元天线的孔径D，从而天线的增益减小了，雷达回波的信噪比就会降低。(3)植被穿透能力差，地基实孔径边坡雷达SSR工作于X波段，地基合成孔径边坡雷达工作于Ku波段，这些雷达都不适合于测量有植被覆盖的边坡；(4)安装使用不方便，传统的地基实孔径边坡雷达天线尺寸大，传统的地基合成孔径雷达轨道长，都比较笨重，携带运输不方便，无法快速抵达现场，从布置安装到投入使用时间间隔较长。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种模块化地基雷达边坡监测系统。本实用新型提供如下技术方案：