[发明专利]一种高精度边坡变形监测系统及方法

权利要求书

1.一种高精度边坡变形监测系统，其特征在于，包括：

采集装置，用于采集边坡的变形信息；所述采集装置设置在边坡的待监测点上，可随着边坡的变形而产生相应变形；所述采集装置包括若干角反射器；

信号收发与处理装置，包括信号收发模块和信号处理模块；所述信号收发模块用于向所述角反射器发射调频连续波信号和解调接收所述角反射器产生的射频回波信号，具体为：

信号收发模块向所述采集装置发射调频连续波信号，所述调频连续波信号被所述采集装置反射后形成射频回波信号；

信号收发模块接收所述射频回波信号，并利用发射的调频连续波信号对接收的射频回波信号进行混频和低通滤波处理，得到中频回波信号；

所述信号处理模块用于对所述信号收发模块解调接收到的信号进行成像处理和边坡的待监测点变形量提取，具体为：

信号处理模块对所述中频回波信号进行加窗傅里叶变换处理，得到一维雷达图像；

根据所述角反射器与所述信号收发与处理装置的实际距离，在所述一维雷达图像中提取每个角反射器与所述信号收发与处理装置的实际距离处的一维雷达图像像素；

根据所述像素进行边坡变形量提取，得到边坡变形监测结果，包括：

根据所述像素，提取得到相应角反射器随发射波形序号η变化的测量相位

式中，η为发射波形序号；i为第i个角反射器；λ为载波波长；R_i,η为发射波形序号为η时，第i个角反射器距离信号收发与处理装置的距离；

选择信号收发与处理装置波束覆盖范围内没有位移的角反射器作为参考角反射器，将其他角反射器的测量相位与所述参考角反射器的测量相位做差分处理，得到其他角反射器相对于参考角反射器在信号收发与处理装置视向上的变形投影，即边坡变形监测结果：

式中，Φ_i,η为变形投影；ΔR_i,η为差分处理；λ为载波波长；R_i,η为发射波形序号为η时，第i个角反射器距离信号收发与处理装置的距离；R_ref,η为参考角反射器距离信号收发与处理装置的距离；unwarp(Φ_i,η)为变形投影的2π缠绕处理；

所述信号收发与处理装置设置在边坡一侧，所述信号收发与处理装置的波束覆盖边坡上所有角反射器。

2.如权利要求1所述的高精度边坡变形监测系统，其特征在于，所述角反射器通过沉降连接杆与边坡的待监测点刚性连接。

3.如权利要求2所述的高精度边坡变形监测系统，其特征在于，所述角反射器由三个相互垂直的铝板组成。

4.如权利要求1所述的高精度边坡变形监测系统，其特征在于，所述中频回波信号为：

式中，t为时间变量；η为发射波形序号，η＝1,2,3,…；N为角反射器数量；A_i为第i个角反射器的回波幅度；j为虚数符号；k_r为调频率，k_r＝B/T；B为调频连续波信号带宽；T为时宽；R_i,η为发射波形序号为η时，第i个角反射器距离信号收发与处理装置的距离；c为电磁波传播速度；λ为载波波长；为窗函数。

5.如权利要求1所述的高精度边坡变形监测系统，其特征在于，对所述中频回波信号进行加窗傅里叶变换处理，得到一维雷达图像：

式中，f为时间t对应的频域变量；η为发射波形序号；N为角反射器数量；A_i为第i个角反射器的回波幅度；T为时宽；为sinc(x)函数；k_r为调频率，k_r＝B/T；B为调频连续波信号带宽；R_i,η为发射波形序号为η时，第i个角反射器距离信号收发与处理装置的距离；c为电磁波传播速度；j为虚数符号；λ为载波波长；

6.如权利要求1所述的高精度边坡变形监测系统，其特征在于，所述信号收发与处理装置还包括通信接口，用于实时将边坡变形监测结果传输至数据监控中心。

7.一种高精度边坡变形监测方法，其特征在于，采用如权利要求1～6任一项所述的高精度边坡变形监测系统进行边坡变形监测，包括：

利用采集装置采集边坡的变形信息；

通过信号收发与处理装置中的信号收发模块获取所述变形信息，并对所述变形信息进行预处理；

利用信号收发与处理装置中的信号处理模块对预处理后的变形信息进行成像处理和边坡变形量提取，得到边坡的待监测点变形监测结果。