隧道环境下毫米波雷达多机联合毫米级定位方法

随着安全监测智能化时代的到来,隧道环境下监测点定位测量相关研究逐渐向全天候和全天时等方向发展。针对隧道监测点定位时存在实时性较差且测量周期长等问题,同时易受灰尘和照明等因素影响,本文引入具有较高距离与速度分辨率的毫米波雷达开展隧道监测点高精度定位研究,提出一种基于多台毫米波雷达联合测距的定位方法。首先,在快速傅里叶变换提取测距信息的基础上,提出采用线性调频Z变换细化频谱并结合相位差对测距值进行精化,保障测距精度稳定在毫米级;然后,针对传统测距雷达仅能获取一维径向形变的弊端,采用多台毫米波雷达同步观测,建立多机联合定位函数模型,构建了一种顾及单次观测雷达脉冲测量精度差异和先验距离的随机模型;最后,通过隧道试验验证了测距与定位算法精度。结果表明,在无其他干扰的情况下,本文提出的基于线性调频Z变换的相位差法测距精度能达到0.3 mm,算法计算效率较已有方法提高50倍。待测目标稳定的情况下,本文多机联合定位方法X方向精度为2.7 mm,Y方向为0.6 mm,受隧道高度的影响,Z方向精度略低,为6.6 mm。待测目标微动的情况下,该方法能准确探测微小形变,满足监测点全天候、全天时、高精度的实时定位测量需求,并有望在工业结构变形监测中得到应用。