露天矿雷达形变监测环境影响机理及低相干环境形变反演方法研究

Ground based radar(GB-SAR) has been successfully applied to deformation monitoring in many industries, but the unique environmental factors of open-pit mine (such as dust), climate (rain and snow) and the variability of mining surface limits the application of GB-SAR. In order to address the above issues, this project try to study the variation regularity of the interference phase of GB-SAR with the particle size and density of dust,establish a modified model for the influence of microwave propagation phase on open pit mine,analysis the propagation delay influence quantity of GB-SAR interferometric phase with the rain (snow) ,conduct the equivalent model of rain (snow) and the amount of air pressure and humidity in open-pit mine monitoring ,for the low coherence region, such as dump slope vegetation coverage area, study identification and extraction methods of the Stable Scattering Region,establish a model of relationship between the number of the distribution and density of Stable Scattering Region with typical features ,found a phase error correction method of deformation monitoring of open-pit mine based on effect of microwave propagation phase and correction model,perform a high precision deformation information extraction inversion model of microwave phase distortion iterative optimization . At the same time, the experimental scheme is designed to verify the effectiveness of the deformation monitoring models and methods in open pit mine. The results of this project will promote the practical application of GB-SAR in the monitoring of slope deformation in open pit mines.

地基雷达已成功应用于诸多行业的形变监测中，但露天矿所特有的环境因素（如粉尘）、气候环境（雨、雪天气）以及开采过程中矿区地表的多变性等限制了地基雷达的应用。项目针对上述问题，研究地基雷达干涉相位随粉尘粒度和密度的变化规律；建立露天矿微波传播相位影响的修正模型。分析地基雷达干涉相位随雨（雪）量的传播时延影响；建立露天矿监测中雨（雪）量与大气压强及大气湿度等价模型；针对低相干区域，如排土场边坡植被覆盖区域等，研究稳定散射区域的识别和提取方法；建立稳定散射区域的数量和分布密度与典型特征量之间的关系模型；提出基于露天矿微波传播相位影响和修正模型的形变监测相位误差修正方法；建立面向高精度形变信息提取的微波相位畸变迭代优化精反演模型。同时设计实验方案，对露天矿形变监测模型和方法进行实验验证，以验证其对露天矿形变监测的有效性。该研究成果将推动地基雷达在露天矿边坡形变监测方面的实际应用。

地基合成孔径雷达已成功应用于诸多行业的形变监测中，使用地基雷达监测露天矿边坡是目前的重要课题。本项目组结合项目的研究内容和研究目标，将研究主要集中在针对低相干目标的形变提取上，地基雷达监测采用永久散射体技术和角反射器技术解决去相干问题。主要内容有：长时序InSAR形变反演与地理编码；长时序InSAR形变反演形变结果分析与验证；基于露天矿采场边坡的相干性差异大的形变提取方法；改进的时序InSAR方法精度评定。同时，也探索了利用露天煤矿自身的矿用坐标系中的稀疏采样点进行三维空间拟合获得三维地形，在此基础上，借鉴已有光学与雷达影像配准方法，利用视频图像上的控制点与三维地形的配准，而后利用GPS测量雷达和外定标器的三维位置，进而与三维地形进行配准，达到高精度形变图像与三维地形匹配。提出了基于露天矿边坡低相干特征提出稳定散射区域、分布散射区域的概念，利用分布散射点识别技术研究表示稳定散射区域的特征量，基于典型特征量的稳定散射区域的识别和提取方法，建立稳定散射区域的数量和分布密度与典型特征量之间的关系模型，以此分析稳定散射区域的数量和分布密度对露天矿形变监测精度的影响。在后续的研究中，可以基于本项目研究，拓宽应用范围，解决露天矿区地表的相干性问题，并对地基SAR监测露天矿地表形变问题进行预测、评估等应用。