[发明专利]基于毫米波雷达的山体滑坡监测方法、电子设备、存储介质

说明书

本发明涉及一种基于毫米波雷达的山体滑坡监测方法、电子设备、存储介质。方法包括：以布设于待监测山体表面的强散射体为目标，用毫米波雷达探测目标的初始位置来建立静态杂波图作为对比模板，对静态杂波图中以目标位置为监测点建立波门；在后续每次扫描中，判断波门内目标的有无情况，基于判断结果对待监测山体的山体滑坡情况进行预警。本发明直接聚焦于山体滑坡问题，在山体表面布设强散射体，用毫米波雷达对强散射体的位置进行监测，一方面能够对山体滑坡进行快速预警，另一方面也能通过长时间的监测对慢动趋势影响进行分析，并且，由于直接对山体表面预警，因此可看做是一种近似无创伤的监测技术，同时无需研究其它因素对山体滑坡的间接影响。

技术领域

本发明属于手势识别领域，特别涉及基于毫米波雷达的山体滑坡监测方法、电子设备、计算机可读存储介质。

背景技术

一般来说，雷达的距离分辨率(其中c表示电磁波传播速度，B表示信号带宽)，而毫米波雷达的带宽B很大，因此能够达到较高的距离分辨率；同理，雷达的速度分辨率为(其中λ表示信号波长，N为一帧传输的脉冲数，T_c为脉冲重复周期)，通过提高T_f＝NT_c(有效帧周期)，毫米波雷达也能够达到较高的速度分辨率；收发天线数量直接决定了雷达的角度分辨率，借助MIMO(多输入多输出)技术和高分辨测角技术，就能够保证毫米波雷达足够的角度分辨率。综上，由于毫米波雷达在距离、速度和角度的分辨率较高，能够保证对探测范围内强散射体的正常检测和跟踪，这是本发明整个技术的理论基础。

毫米波雷达进行测距、测速和测角的基本方法均采用FFT法进行处理。首先，雷达发射的是线性调频信号，即信号的频率随着时间线性变化，单目标的情况如图1所示，接收脉冲在发射信号的基础上延迟τ(目标延迟)，将接收信号与发射信号进行差频处理，可以看出相差的频率是一个固定值S_τ，忽略距离-速度耦合的影响，真实目标的距离R_τ＝cS_τ/(2μ)，其中μ表示线性调频信号的带宽除以时宽，因此通过对差频信号进行FFT处理得到中心频率S_τ，就可以折算出目标的真实距离，多目标的情况如图2所示，经过FFT处理后会存在多个峰值。

进行测速时也采用的是FFT处理，相对于测距来说，测速是在不同的脉冲之间进行的，以图3为例，由于雷达是间隔脉冲重复周期发射电磁波，因此雷达会接收到同一个目标的多个回波信号，如图3中深色和浅色的回波分别表示同一个目标相邻两个脉冲的回波信号，经过差频FFT第一次处理后，峰值指示目标的距离，但是由于多普勒的调制效应，峰值位置处的相位不同，在峰值处再进行FFT处理，就能够得到多普勒频率的变化信息，从而得到目标的速度。

对角度的测量是在不同阵元上处理的，如图4所示，由于阵元的位置不同，不同方位的目标被不同阵元接收到具有一定波程差(电磁波行进的路程)，在远场条件下，波程差又主要表现为不同阵元接收到的相位差，因此在不同阵元相同距离单元上进行FFT处理，就可以得到该距离单元上目标的角度值。

进行FFT处理测量目标的距离、多普勒和方位时，不可能在理想条件下进行，而是伴随着噪声和干扰信号，因此还需要在多维FFT处理的结果上进行检测处理，才能够进行目标指示。最常见的进行目标检测的方式是CFAR(恒虚警率处理)，即保持虚警概率一定的条件下，使目标的检测概率最大，其基本原理是估计周围的干扰或噪声水平，自适应的调整检测门限，从而检测目标信号。

最后，对检测到的目标需要进行跟踪处理，目前国内外比较常见的技术是结合卡尔曼滤波，形成目标运动的轨迹，从而判断目标运动的意图。

在本发明中，就是通过判断布设在山体监测点上的强散射体位置变化来判断山体缓变，通过判断强散射体的速度变化来判断威胁程度等级。

对于滑坡变形相关的物理量测量方法，目前有声发射监测、应力应变监测、深部横向推力监测、地下水监测、地表水监测、气象监测、地震监测以及人类工程活动监测等。