圆弧式地基合成孔径雷达在边坡变形监测中的应用

边坡变形监测是防止滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的有效途径之一。圆弧式地基合成孔径雷达是一种非接触式的新型地表形变监测设备,具有高分辨率、高频率、高精度、全方位、全天候实时监测等优点,更能有效地满足边坡变形监测的全面性和连续性要求。为了验证该设备在边坡变形监测中的效果和精度,本文采用两种便携圆弧式地基合成孔径雷达系统进行测试。测试结果表明,两种设备均能快速、全面地获得整个边坡的形变情况,具有较高的分辨率和亚毫米级的监测精度,且能实时发出预警,是一种全面高效的边坡变形监测手段。

基于浮空器照射源的双基弧形阵列SAR辅助降落模式成像算法

较之传统的单基线性阵列SAR,以浮空器为照射源平台的双基弧形阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种全新高效、高分辨率的雷达成像系统;该成像模式继承了弧形阵列天线和浮空器的优点,在直升机辅助降落、应急救灾等领域具有重要的应用前景。在该成像模式中,由于浮空器平台平向移动、直升机平台向下运动以及弧形阵列天线特殊的圆弧型构造的影响,目标的回波信号很难直接处理,给成像带来了困难。针对这些问题,根据浮空器照射源双基弧形阵列SAR模式的成像几何模型以及回波特征,本文提出了一种基于两步运动补偿和Keystone变换的方法。其中第一步利用Taylor级数展开对双平台复杂斜距方程进行近似处理,对该成像模式下的距离分辨率和方位分辨率进行了简单分析,第二步根据浮空器平向运动产生的斜距误差,构造相应的运动补偿因子对浮空器平移引起的距离徙动项进行相位补偿;第三步根据直升机平台向下运动产生的斜距误差,构造相应的补偿因子对直升机下降引起的距离徙动项进行补偿;之后为了校正距离向与方位向之间耦合,根据Keystone变换思想引入新的角度变量对方位角进行变换从而补偿掉距离频率及方位向角度的耦合,接着在方位频域内进行方位向脉冲压缩。最后通过对不同点阵目标成像补偿前后的仿真结果对比分析、点阵目标成像性能指标分析以及场景分布目标的模拟验证了成像结果的准确性以及成像方法的有效性。

基于隐函数导数法的双基弧形阵列SAR二维频谱及成像算法

双基弧形阵列合成孔径雷达(Arc array Bistatic synthetic aperture radar, AA-BiSAR)是一种新型全方位观测阵列成像雷达系统,其成像范围大、数据收集速率快且不易被侦测。然而,在弧形阵列SAR模式中,双基弧形阵列SAR天线特殊的圆弧型结构,回波信号的二维频谱难以用传统的驻定相位原理进行解析。针对以上问题,本文引入隐函数的思想,将驻定相位点视为多普勒频率的一个隐函数,在对隐函数方程进行求导后运用代数运算求解出该驻相点,从而可以直接利用驻定相位原理来推导出双基弧形阵列SAR的二维频谱,并基于此频谱研究了一种适用于双基弧形阵列SAR的高分辨率成像处理方法,最后点目标的仿真结果验证了结论的正确性与该成像方法的有效性。

基于毫米波雷达的地基ARCSAR系统研究与设计

随着遥感技术的不断发展,圆弧式合成孔径雷达(Arc Synthetic Aperture Radar,ARCSAR)系统已成为形变监测、滑坡抢险救援应用的重要手段。该系统通过杆臂带动雷达旋转完成扫描照射,可获取周围场景最大360°区域实现高精度成像,进而利用重轨干涉技术完成形变信息的获取。现有ARCSAR系统多数采用Ku或更低的波段,其雷达系统硬件体积较大,同时低频段下为了实现更高的方位分辨率需较长的杆臂,增加了系统的复杂性和成本,不够灵活和便携。因此,其通常应用于矿山、抢险救援等远距离场景,不适用于城市基础设施如隧道等近距离场景。毫米波雷达具有宽波束、体积小、重量轻以及功耗低的优势,目前已经成熟应用于车载辅助系统、智能驾驶和交通监控等应用。将毫米波雷达与ARCSAR结合可以实现轻小型、高分辨的优势,更适用于城市应用场景,然而目前未见相关成熟系统报道。针对上述需求,本文研究设计实现了毫米波ARCSAR系统,采用毫米波雷达模组作为雷达收发单元,经由杆臂与转台单元连接实现扫描功能,转台部分带有高精度角度编码器实现等角度间隔采样,由此来降低成像处理难度,最后基于距离多普勒(Range Doppler,RD)算法实现成像。本文首先给出RD算法的点目标仿真结果,进一步采用室内角反实验以及室外场景实验证明本文所提系统的有效性。其中,在室内角反实验中,对比了使用和不使用角度编码器时成像结果,分析表明加入编码器后的角反的方位向峰值旁瓣比(Peak Sidelobe Ratio,PSLR)远远高于未使用的情况。实验结果表明,本文系统可以获得良好的聚焦图像,在城市基础设施监测方面具有较大的潜力。

弧形阵列3D-SAR成像处理算法研究

三维合成孔径雷达(3D-SAR)能够获取观测场景目标的三维分辨,解决传统二维合成孔径雷达的叠掩、阴影等问题。不同于现有的3D-SAR成像几何,本文设计了一种新的基于弧形曲面几何的三维合成孔径雷达系统模型。相比于现有的3D-SAR成像系统,该系统能够利用弧形天线阵列实现高效的数据采集和宽视角三维成像。然后针对所设计的弧形阵列3D-SAR系统,本文提出了一种应用于调频连续波信号的波数域三维成像处理算法,通过波数域卷积及插值变换,避免了距离近似等产生的相位误差,从而实现对目标的精准聚焦。最后,通过进行计算机单点目标仿真与多目标仿真,并将仿真结果与后向投影算法的结果进行对比,验证了本文所设计系统模型的有效性及提出算法的良好成像性能。

基于调频连续波信号的圆弧式合成孔径雷达成像方法

圆弧式合成孔径雷达是一种对特定地区持续监测的新模式雷达,具有分辨率高,观测范围广,重访周期短等特点,适合对特定地区的形变监测以及对塌方、滑坡等灾害的预警。针对圆弧式合成孔径雷达特殊的运动形式,该文提出了一种新的用于调频连续波体制Arc-SAR成像的2维频域算法。首先推导了Arc-SAR的信号模型,然后提出了在满足转动机械臂长远小于目标最短斜距的情况下使用2维频域算法来聚焦信号,之后分析了算法误差。该算法可以在假设条件下对目标准确聚焦,并具有计算速度快等优点。最后使用仿真和实测数据验证了算法的有效性。

旋转扫描地基SAR大视场快速成像算法

旋转扫描地基合成孔径雷达(ArcSAR)具备高分辨率、大视场、重访周期短等优势,因此近年来受到越来越多的关注并逐渐被应用于地面形变监测。该系统特殊的运动轨迹(弧线)增加了成像算法难度。虽然时域算法能够获取ArcSAR高精度的成像结果,但时域算法计算效率较低。因此本文提出一种新的针对ArcSAR的频域成像算法。首先给出了ArcSAR的几何模型以及信号模型。然后论述了算法原理,并对二维频域匹配滤波器进行了推导。之后对算法的适用条件进行讨论。最后利用仿真实验对算法的适用条件进行验证,并对时域成像算法和本文提出的快速成像算法的成像效率和成像质量进行比较。

圆弧式扫描雷达在矿山边坡形变监测中的应用

地基合成孔径形变监测雷达可以应用于大范围、高精度、全天候的微形变监测,目前已广泛应用于大坝、高陡边坡、尾矿坝、自然山体等建构筑物的形变监测中。为此,文章首先简要介绍了形变监测雷达常见的3种类型和其代表产品,然后阐述了圆弧式合成孔径雷达的基本原理及其几何结构,并介绍了国产圆弧式合成孔径雷达Online SAR在某露天铜矿采场边坡形变监测中的应用,最后根据监测数据对边坡形变进行分析,验证了形变监测的有效性。

国产圆弧式合成孔径雷达系统精度测试研究

地基合成孔径雷达形变监测技术可以应用到高精度、大范围的微形变监测中。本文介绍了形变监测雷达常用的3种体制及代表产品,阐述了Online SAR圆弧式合成孔径雷达的几何结构和基本原理,并在某石灰石矿矿坑进行了精度验证试验。试验表明,该圆弧形变监测雷达测量精度可以达到亚毫米级,验证了其在微形变监测应用中的可行性。

滑坡灾害监测的圆弧合成孔径雷达大气相位校正方法

地基圆弧合成孔径雷达通过形变值测量实现滑坡预警,是一种重要的滑坡灾害监测遥感手段。大气相位校正影响形变值测量精度,是长时间稳定监测的关键技术。本文提出一种基于网格划分的两阶段大气相位校正方法。该方法通过特征提取及分类获得永久散射点,基于此实现监测点的自动筛选;利用网格估计大气相位,有效降低运算量,提高了计算效率;结合空间滤波和时间序列滤波,保证了大气相位估计的准确性。实测数据处理结果表明了该文所提方法在大气相位校正方面的有效性。