[实用新型]一种山体滑坡的MIMO雷达监测系统

说明书

技术领域

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MIMO(为多输入多输出的英文缩写，英文原文为Multi-inputMulti-output)雷达监测系统。

背景技术

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。

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。

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—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。

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

本实用新型的目的是提出一种山体滑坡的MIMO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MIMO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MIMO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，MIMO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。

本实用新型设计的一种山体滑坡的MIMO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MIMO雷达天线阵列，MIMO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λ为发射波的波长，M和N均大于等于2、且M×N为大于或等于的整数，ρ_a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，M×N越大方位向分辨率将越高，但天线数增多雷达成本上升。

C表示光速，f₀表示基带雷达信号调制后步进频起始频率，12GHz≤f₀≤18GHz。

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。

所述发射天线阵列的发射天线阵元为喇叭天线。