基于MIMO的地基滑坡监测雷达系统关键技术研究

Landslide is a major source of geological disasters in our country. It is a great threat to the people’s life and property,so the real-time monitoring and the warning research for the landslides become the inevitable demand of the development of modern science for serving the social economy.The ground-based landslide monitoring radar is ideal choice to solve this problem because of its all-weather feature,less environmental disturbance,strong real time , and remote sensing function. This topic researches a feasible scheme of ground-based differential interferometric synthetic aperture radar(D-InSAR) based on MIMO technology,it breaks through in those key technologies on D-InSAR transmitter-receiver array design,phase discontinuity,phase unwrapping in the presence of noise pollution and atmospheric disturbances compensation to improve measurement accuracy of tiny deformation and interference capability of the system，so it provides strong theoretical foundation and a strong technical support for developing the ground-based landslide monitoring radar with low cost,high performance and miniaturization aiming at geologic characteristics in our country.The theoretical research achievements of this topic are mainly presented as papers and patents,and they will be realized on hardware platform.Make theory and practice combine, focus on practicality and efficiency of the theoretical research achievements.

滑坡是我国地质灾害的主要来源之一，对人民群众的生命、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成为现代科技发展服务社会经济的必然要求。地基滑坡监测雷达具有全天候、受环境干扰较小、实时性强的工作特性及其遥感遥测功能使得其成为解决这一问题的理想选择。本课题研究基于MIMO技术实现地基差分干涉合成孔径雷达(D-InSAR)的可行性方案，突破MIMO地基D-InSAR收发阵列设计、相位不连续以及噪声污染情况下相位解缠处理和大气扰动补偿等关键技术的研究，以提高本系统微量形变测量精度及整机系统抗干扰能力，从而为针对我国地质特点开发出低成本、高性能、小型化地基滑坡监测雷达系统打下坚实的理论研究基础，并提供强有力的技术支持。本课题理论研究成果主要以论文、专利等形式体现，也将在硬件平台上实现，做到理论先行、工程验证，实践与理论相结合，切实关注理论研究成果的实用性和功效性。

山体滑坡是一种非常危险的地质灾害，而且我国是山体滑坡灾害多发的国家。它对人民群众的生命和财产安全构成极大威胁，因此对它的实时监测和预警研究成为现代科技服务社会经济的必然要求。地基雷达具有无接触式远程遥感成像、分辨率高、全天候工作等优势。利用这些优势，再结合差分干涉技术，地基雷达对微小形变具有良好的监测能力。它可以对山体、大型建筑物表面和桥梁进行微小形变监测与预警。本项目建立基于多输入多输出((Multiple Input Multiple Output ，MIMO)技术的地基滑坡雷达微小形变探测的数学模型，可以为地基滑坡雷达的信号处理实时化和系统简单化研究提供一定的参考；利用MIMO天线阵列形成的虚拟阵列孔径，替代合成孔径方式，在低于传统天线数目的情况下实现高分辨率成像，且具有一定的抗噪性；基于MIMO技术，提出采用逆傅里叶变换脉冲压缩结合波束形成的高效成像算法，提高了成像的精度；使用改进的网络流算法增加了相位解缠的精度；提出一种快速的质量引导解缠方法和一种基于误差迭代补偿的四向加权最小二乘相位解缠法，在提高了相位解缠精度的同时，降低了解缠所需要的时间；提出一种幅度离差候选法结合相位方差候选法的筛选方法初步选取永久散射体（Permanent Scatterer ,PS），并采用经验模态分解的方法，对每一个筛选出的PS点进行检验模态分解，求出各个点在长时间序列中的噪声稳定性，以及噪声的大小，设置相应的阈值，滤除受噪声影响较大的PS点，进一步筛选出更可靠的永久散射体；提出一种平行合成孔径雷达的方法，结合多孔径干涉技术，完成对目标位移的三维测量。通过项目研制的过程，团队自身的研究水平大幅度提高，在整体研究实力上实现质的飞跃。同时培养相关专业的硕士研究生，促进研究生教育。本课题理论研究成果主要以论文、专利等形式体现。