差分干涉雷达形变测量关键技术研究

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差分干涉形变测量雷达技术可用于高塔、桥梁、大坝等建筑物的形变监测,能实现远距离、非接触、连续多点的形变测量效果,因此在形变监测领域有巨大的潜力。本文基于线性调频连续波信号脉冲压缩和差分干涉测量理论的基础上,研究了差分干涉形变测量雷达系统的设计和雷达信息处理的若干关键技术。首先,介绍了线性调频连续波信号体制下的雷达工作原理,分析了雷达系统更新率参数的约束关系及不同信号体制对更新率参数的影响;接着对比了常见雷达接收机系统—零中频结构接收机和固定中频结构接收机,再结合这两种体制的接收机与本雷达的实际用途设计出基于正交调制的固定中频接收机,避免了接收机本振泄露和直流偏置等问题,同时又解决了电路的零漂问题。其次,由于在雷达辐射范围内散射体复杂情况下,静止杂波的存在严重的影响了形变监测的精度。本文重点分析了静止杂波的形成原因和静杂波的存在对形变监测的影响,并研究了基于圆曲线拟合去除静杂波的方法以提高形变监测精度;接着设计实验验证了静止杂波的存在和影响,并验证了去除静杂波后形变监测精度得到显著提高。然后,由于雷达相对于传统的形变监测手段具有能够同时监测多点的优势,本文研究了如何同时提取出多点目标的方法。首先研究了根据散射强度提取目标点方法,利用实验数据验证了根据散射强度提取目标点方法的效果,该方法能够提取出雷达视线方向上的各个强散射点,适用于监测环境比较单一的情况下;接着在圆曲线拟合去除静杂波方法的基础上研究了联合散射强度和圆曲线拟合误差的目标提取方法,利用仿真实验验证了该方法进行目标提取的效果,该方法能够提取出雷达视线方向上的发生形变较为明显的目标,适用于监测环境中有多个强散射体而只有待观测的目标发生形变的监测场景中。最后,对差分干涉形变测量雷达的误差来源进行了总结并分类。根据误差的数学表现,可以将这些误差划分为零均值误差和缓变累积误差。在去除了零均值误差后,本文主要研究了如何校正缓变积累误差;缓变积累误差包括由于雷达系统受温度变化而产生的相位误差和电磁波在大气中传播时由于大气气象参数的变化导致电磁波在大气中传播折射率的变化而产生的相位误差。在研究了如何校正缓变积累误差后,设计实验验证了该校正方法能够有效的降低误差的影响,明显的提高形变监测精度。
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