張浩楊曉琳楊峰張巴圖于正興馬海濤

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)機(jī)電與信息工程學(xué)院,北京 100083;2.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院,北京 100012;3.神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司科學(xué)技術(shù)研究院,內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300

邊坡失穩(wěn)是制約礦山露天開(kāi)采生產(chǎn)規(guī)模與體量的重要因素,滑坡預(yù)警是邊坡穩(wěn)定性研究的重要課題之一[1-2]。 滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警的前提是準(zhǔn)確獲取邊坡體變形信息,進(jìn)而對(duì)滑坡位置、滑坡面積和滑坡時(shí)間給出預(yù)測(cè)。 在傳統(tǒng)的GPS、全站儀等人工接觸式方法和激光掃描等光學(xué)遙感方法之后[3-6],微波遙感技術(shù)因其高精度、遠(yuǎn)距離、全天候的優(yōu)勢(shì),在經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證、商用化產(chǎn)品及國(guó)產(chǎn)化實(shí)現(xiàn)等階段后,由星載平臺(tái)逐漸發(fā)展到地基平臺(tái),并在礦山露天邊坡、橋梁、高塔、大壩及山體滑坡、坍塌類(lèi)事故應(yīng)急救援中均有實(shí)際應(yīng)用[7-9],已經(jīng)成為邊坡形變監(jiān)測(cè)的先進(jìn)技術(shù)的代表。

根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式和信號(hào)處理方法的不同,地基微波遙感邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以分為合成孔徑邊坡雷達(dá)系統(tǒng)和真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)系統(tǒng)[10-14]。 與前者相比,后者可通過(guò)逐點(diǎn)掃描實(shí)現(xiàn)三維空間大視場(chǎng)監(jiān)測(cè)、集成移動(dòng)平臺(tái)和供電系統(tǒng),更加適用于近距長(zhǎng)條帶邊坡以及隨采掘進(jìn)程需頻繁移站的監(jiān)測(cè)任務(wù)。

雷達(dá)監(jiān)測(cè)的形變量是目標(biāo)位移在視線方向的投影值,因而理想系統(tǒng)精度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求,目標(biāo)預(yù)設(shè)位移方向需與雷達(dá)視線方向一致,但人工布設(shè)標(biāo)靶目標(biāo)較難準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。 近年來(lái),邢誠(chéng)[15]、刁建鵬[16]、占朝彬[17]、周呂[18]等學(xué)者通過(guò)加裝彈簧、高精度步進(jìn)電機(jī)、游標(biāo)卡尺、千分表等方式,實(shí)現(xiàn)了人工標(biāo)靶的定量移動(dòng)。 依據(jù)監(jiān)測(cè)值與預(yù)設(shè)值的誤差分析,對(duì)意大利IBIS-S 真實(shí)孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量精度進(jìn)行研究,均未對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景內(nèi)設(shè)定的強(qiáng)散射特性目標(biāo)識(shí)別定位問(wèn)題進(jìn)行精確研判,忽略了目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值存在的誤差,從而影響雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度分析。

本文針對(duì)地基真實(shí)孔徑雷達(dá)邊坡形變監(jiān)測(cè)精度,首先進(jìn)行信號(hào)模型和信號(hào)處理方法的研究,總結(jié)了形變處理基本流程及精度驗(yàn)證方法。 其次基于中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院設(shè)計(jì)研制的地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)系統(tǒng)原理樣機(jī)S-RAR,開(kāi)展三角板角反射器靜態(tài)與動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn),通過(guò)雷達(dá)散射回波信號(hào)與三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合結(jié)果對(duì)比分析,準(zhǔn)確識(shí)別定位目標(biāo)空間位置并構(gòu)建觀測(cè)幾何關(guān)系,將目標(biāo)視向位移值作為目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值,與雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較,驗(yàn)證了本方法流程、系統(tǒng)形變反演的準(zhǔn)確性和監(jiān)測(cè)精度。 最后將該雷達(dá)系統(tǒng)布設(shè)在內(nèi)蒙古黑岱溝露天煤礦進(jìn)行邊坡監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)用性。

1 形變處理基本流程

地基真實(shí)孔徑雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)高增益天線向目標(biāo)發(fā)射高頻率寬帶微波信號(hào)并接收目標(biāo)后向散射回波。 天線在二維轉(zhuǎn)臺(tái)的控制下可實(shí)現(xiàn)方位角φ和俯仰角θ的掃描,從而遍歷整個(gè)監(jiān)測(cè)范圍。 在監(jiān)測(cè)幾何中,坐標(biāo)原點(diǎn)位于轉(zhuǎn)臺(tái)軸線交點(diǎn),設(shè)發(fā)射信號(hào)頻率為fk,fk∈[fc-B/2,fc+B/2](fc為載波頻率,B為信號(hào)帶寬),位于(m,n)位置的目標(biāo)后向散射回波為S(fk,θm,φn),當(dāng)目標(biāo)在T1和T2兩次采樣間隔內(nèi)發(fā)生位移Δd時(shí),會(huì)反映在雷達(dá)一維像的相位中,由于發(fā)射頻率高,微小位移即可引起可觀的相位變化,因此獲得很高的測(cè)量精度,工作原理如圖1 所示。 信號(hào)處理為接收到的回波s提取相位信息, 并根據(jù)相位差Δφ解算Δd[19-22]。

圖1 地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)工作原理Fig.1 S-RAR working principle

令A(yù)(θm,φn)表示目標(biāo)回波幅度加權(quán),目標(biāo)到雷達(dá)視線方向(LOS)距離為R(m,n),則回波信號(hào)模型可用式(1)表示:

式中,exp{·}為自然常數(shù)e的指數(shù)函數(shù);j 為虛數(shù)單位;c為自由空間的電磁波波速。

對(duì)式(1)進(jìn)行逆傅里葉變換(IFFT),可得到各個(gè)距離單元上目標(biāo)散射中心的分布,即高分辨率雷達(dá)一維距離像[23]:

式中,K為頻點(diǎn)數(shù);Δf為頻率間隔;N為IFFT 點(diǎn)數(shù);λc為中心波長(zhǎng);R?為距離信息。

由式(2)可知,一維像峰值距離即為目標(biāo)位置,結(jié)合系統(tǒng)反饋的角度信息(θm,φn)可以得到被測(cè)目標(biāo)場(chǎng)景三維空間位置[R(m,n),θm,φn]。

對(duì)連續(xù)采樣時(shí)刻T1和T2按上述方法得到的雷達(dá)一維像I1(R?,θm,φn)和I2(R?,θm,φn)進(jìn)行干涉處理,得到相位差

式中,arg{·}為求輻角主值函數(shù);“*”為復(fù)數(shù)共軛。

由式(1)可知,Δφ和Δd的關(guān)系為

式中,kc為載波參數(shù)。

若設(shè)fc為14 GHz,Δd為0.1 mm,則Δφ為3.36°。

聯(lián)立式(3)和式(4),再經(jīng)過(guò)相位濾波、解纏等,即可解算出目標(biāo)位移為

需要說(shuō)明的是,實(shí)際系統(tǒng)在進(jìn)行遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)時(shí),應(yīng)該存在誤差項(xiàng),可表示為

式中,Δφ為實(shí)測(cè)相位差;Δφn為噪聲(斑點(diǎn)噪聲和熱噪聲等)引入的隨機(jī)相位誤差;Δφatm為測(cè)量過(guò)程中因電磁波傳播媒介特性變化引起的相位差[24];εatm為相鄰監(jiān)測(cè)周期內(nèi)大氣折射率的變化,與傳播路徑上的溫度、氣壓、濕度有關(guān)。

本文后續(xù)目標(biāo)靜止、位移實(shí)驗(yàn)中均為近距離(小于200 m)觀測(cè)模式,重復(fù)監(jiān)測(cè)周期很短(小于10 min)且傳播媒介特性穩(wěn)定,可認(rèn)為εatm≈0;預(yù)設(shè)強(qiáng)散射特性目標(biāo)點(diǎn)(視為高相干點(diǎn))信噪比較高,故在相鄰時(shí)間序列位移解算時(shí),可近似忽略由Δφatm、Δφn引起的誤差;真實(shí)礦山邊坡開(kāi)展的區(qū)域性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中,大氣環(huán)境對(duì)雷達(dá)信號(hào)的延遲影響需通過(guò)大氣相位校正進(jìn)行處理。 S-RAR 雷達(dá)回波數(shù)據(jù)處理流程框圖如圖2 所示。

圖2 地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)回波數(shù)據(jù)處理流程Fig.2 Flow chart for S-RAR echo data processing

2 誤差分析及精度驗(yàn)證方法

2.1 位移標(biāo)準(zhǔn)值誤差分析

雷達(dá)精度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)通常將強(qiáng)散射特性人工標(biāo)靶置于雷達(dá)天線前方某處,通過(guò)步進(jìn)位移設(shè)備定量控制其移動(dòng)距離(0.5 mm、1 mm、2 mm 等),粗略認(rèn)定目標(biāo)預(yù)設(shè)移動(dòng)方向即為雷達(dá)視線監(jiān)測(cè)方向,對(duì)比分析目標(biāo)預(yù)設(shè)位移值dlos與雷達(dá)形變值。 在雷達(dá)波束平行近似幾何觀測(cè)模型中[25],dset與目標(biāo)視向位移值的關(guān)系可表示為

式中,α為雷達(dá)入射角。

只有依據(jù)實(shí)際幾何關(guān)系將dlos視為目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值,才能對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

由式(8)可知,目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值誤差derror=dset-dlos,它與α、dset的關(guān)系如圖3 所示。 從圖3可知,按照常規(guī)實(shí)驗(yàn)設(shè)定,單次移動(dòng)標(biāo)靶目標(biāo)產(chǎn)生的位移標(biāo)準(zhǔn)值誤差可能接近甚至大于地基真實(shí)孔徑雷達(dá)系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)的亞毫米級(jí)監(jiān)測(cè)精度值,這大大降低了系統(tǒng)精度實(shí)驗(yàn)的可信性。 此外,若目標(biāo)與雷達(dá)處于不同高程位置,則會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致誤差增大。 強(qiáng)散射特性目標(biāo)點(diǎn)識(shí)別定位分析和目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值的確定,對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度驗(yàn)證有重要意義。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)值誤差分析Fig.3 Standard value error analysis

2.2 精度驗(yàn)證流程

地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)系統(tǒng)由射頻系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、中控系統(tǒng)及其他功能模塊組成,如圖4所示。 射頻系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)射波信號(hào),并完成目標(biāo)散射回波接收和數(shù)字信號(hào)采樣;天線系統(tǒng)由偏饋饋源和拋物面天線組成,將導(dǎo)行波轉(zhuǎn)化為在自由空間傳播的輻射波;二維轉(zhuǎn)臺(tái)控制波束范圍覆蓋整個(gè)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景;中控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各功能模塊協(xié)調(diào)控制并按照上述流程完成信號(hào)處理;其他功能模塊包括光學(xué)測(cè)量、氣象站、預(yù)警系統(tǒng)、無(wú)線通信、供電系統(tǒng)等。 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖4 地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)系統(tǒng)組成Fig.4 S-RAR system components

表1 地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)技術(shù)參數(shù)Tab.1 S-RAR technical specifications

本文結(jié)合S-RAR、三維激光掃描儀等設(shè)備,通過(guò)對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合分析,并與雷達(dá)一維距離像信息比對(duì),準(zhǔn)確識(shí)別具有穩(wěn)定散射特性的高相干點(diǎn)目標(biāo),提出了適用于驗(yàn)證該類(lèi)型雷達(dá)系統(tǒng)形變監(jiān)測(cè)精度的方法,具體流程如圖5 所示。

圖5 監(jiān)測(cè)精度驗(yàn)證流程Fig.5 Flow chart for monitoring accuracy verification

3 監(jiān)測(cè)精度實(shí)驗(yàn)

本節(jié)根據(jù)上述監(jiān)測(cè)精度驗(yàn)證方法,在識(shí)別判定角反射器目標(biāo)空間位置的基礎(chǔ)上,開(kāi)展點(diǎn)目標(biāo)靜止與移動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比分析,驗(yàn)證了系統(tǒng)0.1 mm 監(jiān)測(cè)精度,礦山邊坡區(qū)域性監(jiān)測(cè)結(jié)果說(shuō)明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)用性。

3.1 目標(biāo)靜止實(shí)驗(yàn)

目標(biāo)靜止實(shí)驗(yàn)在視野開(kāi)闊的露天場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行,將布設(shè)在雷達(dá)系統(tǒng)前方的三角板角反射器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)角反,CR)作為人工標(biāo)靶目標(biāo)。 實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。 將角反架設(shè)于三維微動(dòng)臺(tái)之上,靜止實(shí)驗(yàn)時(shí)不調(diào)節(jié)角反位置。 角反架設(shè)完成后,以信號(hào)幅度為判據(jù)調(diào)節(jié)天線指向,使得雷達(dá)射頻前端最大程度接收目標(biāo)回波能量,記錄該時(shí)刻天線水平、俯仰角度。現(xiàn)場(chǎng)照片及點(diǎn)云處理結(jié)果如圖6 所示。

表2 靜止目標(biāo)實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.2 CR static experiment setting

圖6 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景及其三維掃描結(jié)果Fig.6 Experimental scene and TLS result

使用三維激光掃描儀同步掃描整個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景,并按圖5 所示采用點(diǎn)目標(biāo)定位方法確定角反頂點(diǎn)及雷達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)。 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合3 個(gè)角反角板平面,可記為

式中,(A,B,C)分別為對(duì)應(yīng)平面的法向量;D為常數(shù)參量。

通過(guò)平面P1、P2可求得交線l1的空間向量

式中,ix、iy、iz分別為空間中相互垂直的三條坐標(biāo)軸的單位向量。

直線l1與角板平面P3的交點(diǎn)即為角反頂點(diǎn)O1。 為確定雷達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn),選取轉(zhuǎn)臺(tái)連接平面M和俯仰轉(zhuǎn)軸平面N的點(diǎn)云數(shù)據(jù),如圖7 所示,通過(guò)平面擬合求得各自的中點(diǎn)坐標(biāo)和法向量,并計(jì)算出過(guò)各自中點(diǎn)兩條直線lm和ln,則lm和ln的交點(diǎn)即為雷達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)O2。

圖7 角反和雷達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)示意圖Fig.7 CR and radar coordinate origin diagram

式中,(am,bm,cm)、(an,bn,cn)分別為兩平面法向量;(xm,ym,zm)、(xn,yn,zn)分別為兩平面中點(diǎn)坐標(biāo)。

按照上述步驟,在以三維激光掃描儀位置為零點(diǎn)的局部坐標(biāo)系內(nèi)求得的角反頂點(diǎn)O1(0.424 3,-9.054 2,-0.174 4)與雷達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)O2(0.739 6,22.281 7,0.868 4)的距離約為31.354 8 m。 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn),雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部射頻鏈路電長(zhǎng)度為5.630 3 m。

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景雷達(dá)一維距離像如圖8 所示。 由圖8 可知,在距雷達(dá)36.981 4 m 處存在后向散射強(qiáng)度明顯高于其他分辨單元的回波強(qiáng)點(diǎn),具體回波信號(hào)分析如圖9 所示。 結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景中三維激光掃描儀點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合信息可判定,此目標(biāo)點(diǎn)為人工布設(shè)的三角板角反射器,在雷達(dá)極坐標(biāo)系下為(31.354 8,-0.143 1,0.066 3),據(jù)此求解目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值。

圖8 監(jiān)測(cè)場(chǎng)景一維距離像Fig.8 1D range profile of monitoring scenes

圖9 角反目標(biāo)回波分析Fig.9 CR taarget echo analysis

按照?qǐng)D2 所述流程處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),解算位移結(jié)果。 因目標(biāo)靜止,可認(rèn)為位移標(biāo)準(zhǔn)值為0 mm。位移誤差分析如圖10 所示,綠色直線表示理論為0 的位移誤差值;紅色圓點(diǎn)表示雷達(dá)監(jiān)測(cè)CR位移誤差;藍(lán)色虛線表示±0.1 mm 位移誤差。 靜止角反射器在監(jiān)測(cè)時(shí)間段的累積形變位移量為0.047 8 mm;雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均誤差為0.004 0 mm,其中偏差最大值為0.202 7 mm,偏差最小值為0.005 4 mm;均方根誤差(RMSE)為0.081 0 mm,小于系統(tǒng)0.1 mm 的監(jiān)測(cè)精度。

圖10 靜止目標(biāo)位移誤差分析Fig.10 Static target displacement error analysis

3.2 目標(biāo)位移實(shí)驗(yàn)

保持上述實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中雷達(dá)系統(tǒng)與角反點(diǎn)目標(biāo)相對(duì)位置不變,通過(guò)調(diào)節(jié)三軸微動(dòng)臺(tái)后端的螺旋測(cè)微器實(shí)現(xiàn)角反射器精確移動(dòng)。 本實(shí)驗(yàn)在調(diào)節(jié)目標(biāo)位移時(shí),將位移參數(shù)設(shè)為角反單次沿朝向雷達(dá)方向移動(dòng)距離1.0 mm,避免因復(fù)數(shù)輻角的多值性而出現(xiàn)相位纏繞。 實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行8 組,每組參數(shù)均相同,共移動(dòng)10 次。 依據(jù)雷達(dá)與角反的空間幾何關(guān)系,可知單次目標(biāo)位移標(biāo)準(zhǔn)值為0.987 6 mm。

強(qiáng)散射特性目標(biāo)的歷次雷達(dá)回波幅度應(yīng)保持一致,單次移動(dòng)固定距離在復(fù)平面內(nèi)的幅角變化量約為33.6°。 同組實(shí)驗(yàn)不同時(shí)間獲取的角反點(diǎn)目標(biāo)復(fù)信號(hào)在復(fù)平面內(nèi)的分布如圖11 所示,圖中綠色圓軌跡半徑對(duì)應(yīng)為幅度均值。

圖11 目標(biāo)復(fù)信號(hào)分析Fig.11 Target complex signal analysis

目標(biāo)位移實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和誤差分析分別如圖12、圖13 所示。 經(jīng)雷達(dá)測(cè)量的位移值xi均處于理論值di與3 倍均方根誤差范圍內(nèi)。 對(duì)重復(fù)進(jìn)行的8 組實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可得,移動(dòng)角反射器的平均累積形變位移量為9.948 0 mm,與目標(biāo)雷達(dá)視線方向移動(dòng)值相差-0.039 6 mm;雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值的平均誤差為0.004 0 mm,其中偏差最大值為-0.093 3 mm,偏差最小值為0.015 9 mm;均方根誤差為0.069 7 mm,小于系統(tǒng)0.1 mm 的監(jiān)測(cè)精度。

圖12 位移測(cè)量結(jié)果Fig.12 Results of target displacement measurements

圖13 目標(biāo)位移測(cè)量誤差分析Fig.13 Error analysis of target displacement

3.3 區(qū)域性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)

神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司黑岱溝露天煤礦是一座年生產(chǎn)能力3 400 萬(wàn)t 的大型露天煤礦,吊斗鏟倒堆開(kāi)采工藝形成的邊坡寬度長(zhǎng)、高度大、傾角陡,易造成片幫、滑坡、崩塌等危險(xiǎn),威脅下部作業(yè)人員和設(shè)備的安全。

為進(jìn)一步驗(yàn)證S-RAR 系統(tǒng)實(shí)際監(jiān)測(cè)能力,自2020年7月24日至7月28日,在礦區(qū)采場(chǎng)內(nèi)開(kāi)展了邊坡區(qū)域性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn),成功采集了159 組有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 監(jiān)測(cè)實(shí)地場(chǎng)景如圖14 所示,圖中紅色區(qū)域?yàn)檫x定雷達(dá)監(jiān)測(cè)范圍。 雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3。

圖14 邊坡監(jiān)測(cè)實(shí)景Fig.14 Real view of slope monitoring

表3 地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置Tab.3 S-RAR system parameter setting

選取25日06:04 ～18:53 時(shí)間段內(nèi)23 組雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),依據(jù)雷達(dá)回波處理流程可獲取邊坡監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)具有強(qiáng)散射特性的髙相干目標(biāo)在該時(shí)段內(nèi)的位移圖,如圖15 所示。

圖15 06:04 ～18:53 時(shí)間段內(nèi)邊坡目標(biāo)位移Fig.15 Slope target displacement map in 06:04 ～18:53

為便于直觀比對(duì)分析,在雷達(dá)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)選定3 個(gè)特征目標(biāo)點(diǎn)A、B、C,并將目標(biāo)初始位移值設(shè)為0 mm,特征點(diǎn)形變位移分析結(jié)果如圖16 所示。 通過(guò)對(duì)比分析A、B、C 的位移測(cè)量結(jié)果可知:地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行并能及時(shí)獲取目標(biāo)的高精度形變位移數(shù)據(jù),其中A 點(diǎn)最大位移量為0.804 7 mm,累計(jì)位移為-0.102 5 mm;B點(diǎn)最大位移量為1.630 6 mm,累計(jì)位移為4.290 2 mm;C 點(diǎn)最大位移量為1.290 5 mm,累計(jì)位移為8.102 7 mm。 綜合礦區(qū)實(shí)際生產(chǎn)情況研判,雷達(dá)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)高臺(tái)階邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。 C 點(diǎn)形變位移量較大的原因可能是近期人工拋擲爆破導(dǎo)致該區(qū)域堆積松散土和礦石殘?jiān)幕瑒?dòng)。

圖16 特征點(diǎn)位移測(cè)量結(jié)果Fig.16 Results of feature target displacement measurements

4 結(jié)論和展望

(1) 目標(biāo)靜止實(shí)驗(yàn)、目標(biāo)位移實(shí)驗(yàn)、區(qū)域性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果有力證明了S-RAR 地基真實(shí)孔徑邊坡雷達(dá)系統(tǒng)亞毫米級(jí)形變位移精度,是保障礦山安全生產(chǎn)、滑坡應(yīng)急救援的先進(jìn)技術(shù)。

(2) 基于三維激光掃描儀點(diǎn)云數(shù)據(jù)與雷達(dá)回波數(shù)據(jù)相結(jié)合的強(qiáng)散射點(diǎn)目標(biāo)定位方法及流程,本文對(duì)同類(lèi)型雷達(dá)系統(tǒng)形變監(jiān)測(cè)精度驗(yàn)證研究具有借鑒意義。

為充分利用雷達(dá)形變位移數(shù)據(jù),準(zhǔn)確獲取滑坡位置和面積信息,今后將在回波模型誤差分析、三維成像、地形匹配、預(yù)警模型等方向開(kāi)展進(jìn)一步研究工作。