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BE1032131B1 - A real-aperture deformation monitoring radar system based on PMCW-MIMO - Google Patents

A real-aperture deformation monitoring radar system based on PMCW-MIMO

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Publication number
BE1032131B1
BE1032131B1 BE20255010A BE202505010A BE1032131B1 BE 1032131 B1 BE1032131 B1 BE 1032131B1 BE 20255010 A BE20255010 A BE 20255010A BE 202505010 A BE202505010 A BE 202505010A BE 1032131 B1 BE1032131 B1 BE 1032131B1
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BE
Belgium
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radar
pmcw
signal
deformation monitoring
digital
Prior art date
Application number
BE20255010A
Other languages
French (fr)
Other versions
BE1032131A1 (en
Inventor
Hao Zhang
Xiaolin Yang
Haitao Ma
Zhengxing Yu
Guiwen Ren
Shanshan Hou
Yu Wang
Original Assignee
China Academy Safety Science & Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by China Academy Safety Science & Technology filed Critical China Academy Safety Science & Technology
Priority to BE20255010A priority Critical patent/BE1032131B1/en
Publication of BE1032131A1 publication Critical patent/BE1032131A1/en
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    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S13/06Systems determining position data of a target
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Abstract

L'invention concerne un système radar de surveillance de déformation d'ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO, et concerne le domaine technique de la surveillance de déformation radar. Comprend : un module de génération et de transmission de signaux radar, un module de réception de signaux radar, un module de traitement de signaux radar et un module de surveillance de déformation ; le module de génération et de transmission de signaux radar est utilisé pour générer des signaux PMCW et le module de réception de signaux radar est utilisé pour recevoir des signaux PMCW dispersés ; par cibles Le signal d'écho radar est obtenu et converti en un signal numérique ; le module de traitement du signal radar est utilisé pour traiter le signal numérique reçu afin d'obtenir une image distance-azimut radar haute résolution ; le module de surveillance de la déformation est utilisé pour calculer le radar.The invention relates to a PMCW-MIMO-based real aperture deformation monitoring radar system and pertains to the technical field of radar deformation monitoring. It comprises: a radar signal generation and transmission module, a radar signal reception module, a radar signal processing module, and a deformation monitoring module. The radar signal generation and transmission module is used to generate PMCW signals, and the radar signal reception module is used to receive scattered PMCW signals. The radar echo signal is obtained and converted into a digital signal. The radar signal processing module is used to process the received digital signal to obtain a high-resolution radar range-azimuth image. The deformation monitoring module is used to perform radar calculations.

Description

DESCRIPTIONDESCRIPTION

Un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMOA real-aperture deformation monitoring radar system based on PMCW-MIMO

Domaine techniquetechnical field

La présente invention concerne le domaine de la surveillance des déformations par radar, et plus particulièrement un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO.The present invention relates to the field of radar deformation monitoring, and more particularly to a real aperture deformation monitoring radar system based on PMCW-MIMO.

Technologie de baseBasic technology

On utilise couramment des ondes continues à fréquence balayée (Stepped-Frequency Continuous Wave, SFCW) ou des ondes continues modulées en fréquence (Frequency-Modulated Continuous Wave, FMCW) pour effectuer des surveillances de déformation. Cependant, la qualité des images radar bidimensionnelles générées dépend fortement de la plage dynamique de la dimension de distance. Autrement dit, les signaux d’écho des faibles cibles sont souvent masqués par les signaux diffusés des cibles fortement dispersées voisines dans la dimension de distance, ce qui entraîne la perte de détails des cibles dans la zone surveillée lors de la formation de l'image radar et affecte la précision de la surveillance des déformations. Bien qu’il soit possible de réduire les effets des défauts inhérents aux systèmes FMCW et SFCW grâce à des traitements de données comme la fenêtre de temps-fréquence et l’échantillonnage profond, ces méthodes limitent toujours le développement et l'application des radars de surveillance des déformations basés au sol.Stepped-frequency continuous waves (SFCW) and frequency-modulated continuous waves (FMCW) are commonly used for deformation monitoring. However, the quality of the generated two-dimensional radar images is highly dependent on the dynamic range of the distance dimension. In other words, the echo signals from faint targets are often masked by the scattered signals from nearby, highly dispersed targets in the distance dimension. This results in a loss of target detail in the monitored area during radar image formation and affects the accuracy of deformation monitoring. While it is possible to mitigate the effects of inherent limitations in FMCW and SFCW systems through data processing techniques such as time-frequency windowing and deep sampling, these methods still limit the development and application of ground-based deformation monitoring radars.

Contenu de l’inventionContents of the invention

L’objectif de la présente invention est de fournir un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO, capable d’améliorer efficacement la précision et la fiabilité de la surveillance des déformations.The objective of the present invention is to provide a real aperture PMCW-MIMO-based deformation monitoring radar system, capable of effectively improving the accuracy and reliability of deformation monitoring.

Pour réaliser cet objectif, la présente invention propose le système suivant :To achieve this objective, the present invention proposes the following system:

Un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO, comprenant : un module de génération et d'émission de signaux radar, un module de réception de signaux radar, un module de traitement des signaux radar et un module de surveillance des déformations ;A real aperture radar deformation monitoring system based on PMCW-MIMO, comprising: a radar signal generation and emission module, a radar signal reception module, a radar signal processing module and a deformation monitoring module;

Le module de génération et d’émission de signaux radar comprend plusieurs groupes de canaux d’émission indépendants les uns des autres.The radar signal generation and transmission module comprises several groups of transmission channels that are independent of each other.

Chaque groupe de canaux d’émission comprend au moins un générateur de forme d'onde numérique PMCW, un mélangeur de forme d’onde d'émission et une antenne d'émission ; le générateur de forme d'onde numérique PMCW est connecté à antenne d'émission via le mélangeur de forme d’onde d'émission ; le générateur de forme d’onde numériqueEach transmission channel group includes at least one PMCW digital waveform generator, one transmission waveform mixer, and one transmission antenna; the PMCW digital waveform generator is connected to the transmission antenna via the transmission waveform mixer; the digital waveform generator

PMCW génère un signal de base numérique PMCW et l'envoie au mélangeur de forme d’onde d’émission, lequel génère un signal PMCW qui est ensuite émis par l'antenne d'émission ;PMCW generates a basic digital PMCW signal and sends it to the transmit waveform mixer, which generates a PMCW signal that is then emitted by the transmitting antenna;

Le module de réception de signaux radar comprend plusieurs groupes de canaux de réception indépendants les uns des autres. Chaque groupe de canaux de réception comprend au moins une antenne de réception, un mélangeur de réception et un convertisseur analogique-numérique haute vitesse ; l’antenne de réception, le mélangeur de réception et le convertisseur analogique-numérique haute vitesse sont connectés successivement ; l’antenne de réception capte le signal radar réfléchi par la cible et l'envoie au mélangeur de réception ; le mélangeur de réception effectue une modulation de fréquence sur le signal d’écho radar, émettant un signal de base au convertisseur analogique-numérique haute vitesse qui le convertit en signal numérique ;The radar signal receiving module comprises several groups of independent receiving channels. Each group of receiving channels includes at least one receiving antenna, one receiving mixer, and one high-speed analog-to-digital converter; the receiving antenna, the receiving mixer, and the high-speed analog-to-digital converter are connected sequentially; the receiving antenna captures the radar signal reflected by the target and sends it to the receiving mixer; the receiving mixer performs frequency modulation on the radar echo signal, sending a basic signal to the high-speed analog-to-digital converter, which converts it into a digital signal;

Le module de traitement des signaux radar est connecté au convertisseur analogique-numérique haute vitesse ; ce module traite les signaux numériques reçus pour obtenir une image radar haute résolution en distance et en azimut ;The radar signal processing module is connected to the high-speed analog-to-digital converter; this module processes the received digital signals to obtain a high-resolution radar image in range and azimuth;

Le module de surveillance des déformations est connecté au module de traitement des signaux radar ; ce module détermine la position de la cible déformée et son degré de déformation en fonction de l'image radar haute résolution en distance et en azimut.The deformation monitoring module is connected to the radar signal processing module; this module determines the position of the deformed target and its degree of deformation based on the high-resolution radar image in range and azimuth.

Optionnellement, le mélangeur de forme d’onde d’émission module le signal de base numérique PMCW avec un signal de fréquence intermédiaire haute fréquence, fonctionnant sur la fréquence centrale du radar, pour générer le signal PMCW.Optionally, the transmit waveform mixer modulates the PMCW digital base signal with a high-frequency intermediate frequency signal, operating on the radar center frequency, to generate the PMCW signal.

Optionnellement, le mélangeur de réception module le signal d’écho radar avec le signal local du radar, produisant ainsi le signal de base.Optionally, the receiving mixer modulates the radar echo signal with the local radar signal, thus producing the basic signal.

Optionnellement, chaque groupe de canaux d’émission partage le même signal local du radar, tout comme chaque groupe de canaux de réception.Optionally, each group of transmitting channels shares the same local radar signal, as does each group of receiving channels.

Optionnellement, le module de traitement des signaux radar utilise un filtre de correspondance pour déterminer la distance radiale de la cible.Optionally, the radar signal processing module uses a matching filter to determine the radial distance of the target.

Optionnellement, le module de traitement des signaux radar utilise une transformation de Fourier FFT ou un algorithme de formation de faisceau numérique DBF pour obtenir l’azimut de la cible.Optionally, the radar signal processing module uses a Fourier transform FFT or a digital beamforming algorithm DBF to obtain the target azimuth.

Optionnellement, le module de surveillance des déformations filtre chaque unité de résolution en distance et en angle dans l'image radar haute résolution, en analysant les amplitudes et phases pour identifier les points cibles.Optionally, the deformation monitoring module filters each unit of resolution by distance and angle in the high-resolution radar image, analyzing amplitudes and phases to identify target points.

En option, le module de surveillance de la déformation compare la différence de phase Ay de deux signaux réfléchis à partir du même point cible sur la base de l'image distance-azimut radar haute résolution, et détermine la forme du point cible à l'aide de la formule d = M(4TT). xAg.Optionally, the deformation monitoring module compares the phase difference Ay of two signals reflected from the same target point based on the high-resolution radar range-azimuth image, and determines the shape of the target point using the formula d = M(4TT). xAg.

Parmi eux, d est la quantité de déformation ; À est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique.Among them, d is the amount of deformation; A is the wavelength of the electromagnetic wave.

Effets techniques de l'inventionTechnical effects of the invention

Le système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO proposé par l'invention, en introduisant le système à onde continue modulée en phase (PMCW) dans le radar de surveillance des déformations à ouverture réelle, utilise Vorthogonalité des codes numériques PMCW pour améliorer fondamentalement la gamme dynamique de la dimension de distance du radar de surveillance des déformations à ouverture réelle, ce qui améliore la qualité de l’image radar et, par conséquent, la précision de la surveillance des déformations, tout en éliminant les risques de sécurité présents dans les processus de surveillance des déformations et en améliorant la fiabilité de la surveillance des déformations.The PMCW-MIMO-based real aperture deformation monitoring radar system proposed by the invention, by introducing the phase-modulated continuous wave (PMCW) system into the real aperture deformation monitoring radar, uses the vorthogonality of PMCW digital codes to fundamentally improve the dynamic range of the distance dimension of the real aperture deformation monitoring radar, which improves the quality of the radar image and, consequently, the accuracy of deformation monitoring, while eliminating the safety risks present in the deformation monitoring processes and improving the reliability of deformation monitoring.

Description des dessinsDescription of the drawings

Afin d'expliquer plus clairement les modes de réalisation de la présente invention ou les solutions techniques de l'art antérieur, les dessins devant être utilisés dans les modes de réalisation seront brièvement présentés ci-dessous. Évidemment, les dessins dans la description suivante ne sont que quelques-uns des dessins. Selon les modes de réalisation de la présente invention, pour l'homme du métier, d'autres dessins peuvent être obtenus sur la base de ces dessins sans exercer d'efforts créatifs.To explain more clearly the embodiments of the present invention or the prior art technical solutions, the drawings to be used in the embodiments will be briefly presented below. Obviously, the drawings in the following description are only a few examples. According to the embodiments of the present invention, other drawings can be obtained for a person skilled in the art based on these drawings without creative effort.

La figure 1 est un diagramme structurel schématique d'un radar de 5 surveillance de déformation à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO fourni par la présente invention ;Figure 1 is a schematic structural diagram of a PMCW-MIMO-based real aperture strain monitoring radar provided by the present invention;

La figure 2 est un diagramme distance-azimut à haute résolution d'un radar fourni par la présente invention.Figure 2 is a high-resolution range-azimuth diagram of a radar provided by the present invention.

Implémentation détailléeDetailed implementation

Les solutions techniques dans les modes de réalisation de la présente invention seront clairement et complètement décrites ci-dessous en référence aux dessins annexés dans les modes de réalisation de la présente invention. Évidemment, les modes de réalisation décrits ne représentent que certains des modes de réalisation de la présente invention, plutôt que la totalité. les modes de réalisation. Sur la base des modes de réalisation de la présente invention, tous les autres modes de réalisation obtenus par l'homme du métier sans efforts créatifs entrent dans la portée de la protection de la présente invention.The technical solutions in the embodiments of the present invention will be clearly and completely described below with reference to the drawings accompanying the embodiments of the present invention. Obviously, the described embodiments represent only some of the embodiments of the present invention, rather than all of them. Based on the embodiments of the present invention, all other embodiments derived by a person skilled in the art without creative effort fall within the scope of protection of the present invention.

Par rapport aux signaux FMCW et SFCW, le PMCW nécessite simplement que chaque canal de réception démodule le signal en utilisant le code correspondant au canal d'émission pour effectuer la séparation des canaux. Cette méthode présente des avantages notables en termes de résistance aux interférences et de haute résolution en distance. Le MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) repose sur des antennes à éléments multiples, où les signaux émis par chaque antenne d'émission sont orthogonaux. Au niveau de la réception, un filtre de correspondance est utilisé pour séparer les signaux reçus, qui sont une superposition des signaux émis par différentes antennes d’émission. Cela permet de former une aperture virtuelle équivalente à un produit du nombre d’antennes d'émission et de réception, ce qui améliore efficacement la résolution angulaire du radar de surveillance des déformations au sol. Par conséquent, l'objectif de cette invention est de fournir un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO, afin d’améliorer la précision et la fiabilité de la surveillance des déformations.Compared to FMCW and SFCW signals, PMCW simply requires each receiving channel to demodulate the signal using the code corresponding to the transmitting channel to perform channel separation. This method offers significant advantages in terms of interference resistance and high range resolution. MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) relies on multi-element antennas, where the signals emitted by each transmitting antenna are orthogonal. At the receiving end, a matching filter is used to separate the received signals, which are a superposition of the signals emitted by different transmitting antennas. This allows for the formation of a virtual aperture equivalent to the product of the number of transmitting and receiving antennas, which effectively improves the angular resolution of the ground deformation monitoring radar. Therefore, the objective of this invention is to provide a true-aperture deformation monitoring radar system based on PMCW-MIMO, in order to improve the accuracy and reliability of deformation monitoring.

Pour rendre les objectifs, les caractéristiques et les avantages de l'invention plus clairs, une description détaillée de l'invention est donnée ci-dessous avec les figures et les modes de réalisation spécifiques.To make the objectives, features and advantages of the invention clearer, a detailed description of the invention is given below with figures and specific embodiments.

Comme montré dans la figure 1, l'invention concerne un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé surAs shown in Figure 1, the invention relates to a real-aperture deformation monitoring radar system based on

PMCW-MIMO (Phase-Modulated Continuous Wave-Multi-inputPMCW-MIMO (Phase-Modulated Continuous Wave-Multi-input

Multi-Output). Le système comprend les modules suivants : module de génération et d’émission de signaux radar, module de réception de signaux radar, module de traitement des signaux radar, et module de surveillance des déformations.Multi-Output). The system includes the following modules: radar signal generation and transmission module, radar signal reception module, radar signal processing module, and deformation monitoring module.

Plus précisément, le module de génération et d'émission de signaux radar comprend plusieurs groupes de canaux d'émission indépendants les uns des autres. Chaque groupe de canaux d'émission comprend au moins un générateur de forme d’onde numérique PMCW, un mélangeur de forme d'onde d’émission et une antenne d'émission. Le générateur de forme donde numérique PMCW est connecté à l’antenne d'émission via le mélangeur de forme d’onde d'émission. Le générateur de forme d'onde numérique PMCW est utilisé pour générer des signaux de base numériques PMCW orthogonaux entre eux. Chaque générateur de forme d’onde numérique PMCW dans chaque groupe indépendant de canaux d'émission peut générer indépendamment un ensemble de signaux de base numériques PMCW, et ces générateurs peuvent être contrôlés pour produire des signaux de base numériques PMCW orthogonaux entre eux.More specifically, the radar signal generation and transmission module comprises several groups of independent transmission channels. Each transmission channel group includes at least one PMCW digital waveform generator, a transmission waveform mixer, and a transmission antenna. The PMCW digital waveform generator is connected to the transmission antenna via the transmission waveform mixer. The PMCW digital waveform generator is used to generate orthogonal PMCW digital basic signals. Each PMCW digital waveform generator in each independent transmission channel group can independently generate a set of PMCW digital basic signals, and these generators can be controlled to produce orthogonal PMCW digital basic signals.

Le générateur de forme d’onde numérique PMCW envoie les signaux de base numériques PMCW générés au mélangeur de forme d'onde d'émission, qui module ces signaux avec un signal de fréquence haute sinusoïdal local fonctionnant à la fréquence centrale du radar, produisant ainsi le signal PMCW. Ensuite, le signal PMCW est irradié via l’antenne d'émission.The PMCW digital waveform generator sends the generated PMCW digital base signals to the transmit waveform mixer, which modulates these signals with a local high-frequency sinusoidal signal operating at the radar's center frequency, thus producing the PMCW signal. The PMCW signal is then radiated through the transmitting antenna.

L'expression complexe numérique en bande de base du signal PMCW peut être exprimée comme Suit : s(t) = Zijm rect (TE) et (1)The complex numerical baseband expression of the PMCW signal can be expressed as follows: s(t) = Zijm rect (TE) and (1)

Parmi eux, m(l) est le |-ième élément de code orthogonal ; T, est la largeur de l'élément de code; L est la longueur du code; f.est la fréquence porteuse ; t est le temps ; rect est la fonction de fenêtre rectangulaire unitaire.Among them, m(l) is the |-th orthogonal code element; T, is the width of the code element; L is the code length; f. is the carrier frequency; t is the time; rect is the unit rectangular window function.

Pour deux séquences de codes orthogonaux PMCW m; et m, des canaux de transmission i et j, leur corrélation mutuelle satisfait :For two orthogonal PMCW code sequences m and m, from transmission channels i and j, their mutual correlation satisfies:

Rj(k) = Xizo M (Dmj(l-k) =0,vVk (2)Rj(k) = Xizo M (Dmj(l-k) =0,vVk (2)

Parmi eux, l'exposant * représente le nombre complexe conjugué ;Among them, the exponent * represents the complex conjugate number;

R;;(k) est le coefficient de corrélation mutuelle des codes orthogonauxR;;(k) is the mutual correlation coefficient of the orthogonal codes

PMCW de deux canaux de transmission iet j ; m,(l) est le |-ème élément de code orthogonal du i-ème canal de transmission ; k est le délai entre les séquences de symboles, c'est-à-dire que le nombre de décalages cycliques ; m,(l — k) est le -ème élément de code orthogonal du j-ème canal de transmission après un délai. Théoriquement, en sélectionnant un codage approprié, les séquences de symboles des différents canaux de transmission sont strictement orthogonales et la corrélation croisée est égale à O pour toute valeur de décalage cyclique k.PMCW of two transmission channels i and j; m,(l) is the i-th orthogonal code element of the i-th transmission channel; k is the delay between symbol sequences, i.e., the number of cyclic shifts; m,(l − k) is the j-th orthogonal code element of the j-th transmission channel after a delay. Theoretically, by selecting an appropriate encoding, the symbol sequences of the different transmission channels are strictly orthogonal and the cross-correlation is equal to 0 for any value of cyclic shift k.

Le mélange du signal numérique en bande de base PMCW et du signal porteur peut être exprimé comme suit :The mixing of the PMCW baseband digital signal and the carrier signal can be expressed as follows:

Spx(t) = s(t)el?Tfet (3)Spx(t) = s(t)el?Tfet (3)

Parmi eux, s,,(t) est le signal mixte transmis.Among them, s,,(t) is the mixed signal transmitted.

En tant qu’exemple concret d’implémentation, les formes d’onde d'émission du mélangeur de chaque groupe de canaux d’émission partagent le même signal d'oscillateur local du système radar. Entre différents canaux d’émission, une série de codes orthogonaux est générée à l’aide d’un codage orthogonal, incluant mais sans s'y limiter des séquences M, des codes de Gold ou des codes de Hadamard. En calculant les coefficients de corrélation croisée entre différents fragments de code au sein du groupe, on sélectionne M fragments de code ayant les coefficients de corrélation croisée les plus faibles, où M correspond au nombre de canaux d'émission. Supposons que le générateur de codes orthogonaux produise un fragment de code noté mil), m(l), …M;(D), ...my(l), … Le principe de sélection optimale des codes consiste à rechercher M groupes de fragments de code, de manière à ce que pour tout i et j, la condition de la formule (2) soit satisfaite.As a concrete example of implementation, the mixer emission waveforms of each group of transmit channels share the same local oscillator signal of the radar system. Between different transmit channels, a series of orthogonal codes is generated using orthogonal coding, including but not limited to M sequences, Gold codes, or Hadamard codes. By calculating the cross-correlation coefficients between different code fragments within the group, M code fragments with the lowest cross-correlation coefficients are selected, where M corresponds to the number of transmit channels. Suppose the orthogonal code generator produces a code fragment denoted mil), m(l), …M;(D), ...my(l), … The principle of optimal code selection consists of finding M groups of code fragments such that, for all i and j, the condition in formula (2) is satisfied.

Ensuite, un modulateur de phase 1 bit est utilisé pour moduler les fragments de code sur chaque canal d'émission.Next, a 1-bit phase modulator is used to modulate the code fragments on each transmit channel.

Basée sur la technologie de modulation d'émission PMCW décrite dans cette invention, les formes d’onde émises par chaque canal d'émission sont orthogonales au même instant, permettant ainsi une émission simultanée à grande échelle par des réseaux d’émission sans interférence mutuelle.Based on the PMCW emission modulation technology described in this invention, the waveforms emitted by each emission channel are orthogonal at the same instant, thus enabling large-scale simultaneous emission by emission networks without mutual interference.

Le module de réception des signaux radar comprend plusieurs groupes de canaux de réception indépendants. Chaque groupe de canaux de réception indépendants comprend au moins une antenne de réception, un mélangeur de réception et un convertisseur analogique-numérique haute vitesse (ADC, Analog-Digital Converter). Ces composants sont connectés successivement dans cet ordre : l’antenne de réception, le mélangeur de réception, et le convertisseur analogique-numérique haute vitesse.The radar signal receiving module comprises several groups of independent receiving channels. Each group of independent receiving channels includes at least one receiving antenna, one receiving mixer, and one high-speed analog-to-digital converter (ADC). These components are connected sequentially in this order: the receiving antenna, the receiving mixer, and the high-speed analog-to-digital converter.

Lantenne de réception est utilisée pour capter le signal PMCW réfléchi par une cible, générant ainsi un signal d’écho radar, qui est ensuite transmis au mélangeur de réception. Le mélangeur de réception effectue une modulation par mélange entre le signal d’écho radar et le signal d'oscillateur local du système radar, produisant un signal de bande de base en sortie. Ce signal de bande de base est envoyé au convertisseur analogique-numérique haute vitesse. Ce dernier convertit le signal de bande de base modulé par mélange en un signal numérique.The receiving antenna is used to capture the PMCW signal reflected by a target, generating a radar echo signal, which is then transmitted to the receiving mixer. The receiving mixer performs mix-modulation between the radar echo signal and the radar system's local oscillator signal, producing a baseband output signal. This baseband signal is sent to the high-speed analog-to-digital converter. The converter converts the mix-modulated baseband signal into a digital signal.

The echo signal s,(t) received by the receiving antenna can be expressed as: spy lt) = as, (lt — T)e Prft-D + n(t) (4)The echo signal s,(t) received by the receiving antenna can be expressed as: spy lt) = as, (lt — T)e Prft-D + n(t) (4)

Parmi eux, a est le coefficient de réflexion cible ; 7 est le retard aller-retour ; n(t) est le bruit additif ; /.(t — 7) est la fréquence porteuse retardée ; s.,(t — T) est le signal de transmission mixte retardé ;Among them, a is the target reflection coefficient; 7 is the round-trip delay; n(t) is the additive noise; /.(t — 7) is the delayed carrier frequency; s.,(t — T) is the delayed mixed transmission signal;

À titre d’exemple concret d’implémentation, le mélangeur de réception de chaque groupe de canaux de réception partage le même signal d'oscillateur local du système radar. Le signal d’oscillateur local partagé par le mélangeur de forme d'onde d’émission de chaque groupe de canaux d'émission et celui partagé par le mélangeur de réception de chaque groupe de canaux de réception sont des signaux synchronisés.As a concrete example of implementation, the receive mixer for each group of receive channels shares the same local oscillator signal from the radar system. The local oscillator signal shared by the transmit waveform mixer of each group of transmit channels and the one shared by the receive mixer of each group of receive channels are synchronized signals.

Comme illustré sur la figure 1, le module de traitement des signaux radar est connecté au convertisseur analogique-numérique haute vitesse (ADC). En tant que radar basé sur le principe d’interférométrie micro-ondes pour la surveillance des déformations, le rôle principal du module de traitement des signaux radar de cette invention est de traiter les signaux numériques reçus afin d’obtenir des signaux complexes représentant les échos radar réfléchis par toutes les cibles situées à différentes distances radiales et angles d'azimut dans la zone de surveillance radar. Ces données permettent de générer une image radar haute résolutionAs illustrated in Figure 1, the radar signal processing module is connected to the high-speed analog-to-digital converter (ADC). As a radar based on the principle of microwave interferometry for deformation monitoring, the primary role of the radar signal processing module of this invention is to process the received digital signals to obtain complex signals representing the radar echoes reflected by all targets located at various radial distances and azimuth angles within the radar surveillance area. This data enables the generation of a high-resolution radar image.

Distance-Azimut (Range-Azimuth, R-A), également appelée image R-A du radar, comme illustré sur la figure 2. Le module de traitement des signaux radar de cette invention réalise principalement deux fonctions : la mesure de la distance et la mesure de langle.Distance-Azimuth (R-A), also called the R-A image of the radar, as illustrated in Figure 2. The radar signal processing module of this invention performs mainly two functions: distance measurement and angle measurement.

La réponse impulsionnelle h(t)du filtre adapté au signal PMCW peut être exprimée comme Suit : h(t) = Zio m (Drect einet (8)The impulse response h(t) of the filter matched to the PMCW signal can be expressed as follows: h(t) = Zio m (Drect einet (8)

Le signal de sortie y(t)après filtrage d'adaptation peut être exprimé comme suit : vO=[sxOh(t-Ddt (©)The output signal y(t) after adaptation filtering can be expressed as follows: vO=[sxOh(t-Ddt (©)

Parmi eux, h (t— T) est la réponse impulsionnelle retardée.Among them, h(t—T) is the delayed impulse response.

Comme pour les autres radars, dans un radar PMCW (PhaseAs with other radars, in a PMCW radar (Phase

Modulated Continuous Wave), différents délais correspondent à différentes distances cibles. Ainsi, en appliquant un filtrage adapté avec des retards spécifiques au signal de sortie susmentionné, il est possible d’obtenir le spectre de distance du radar. Sur cette base, un traitement multi-canaux pour la mesure angulaire permet d'obtenir une image radar haute résolution distance-azimut.Modulated Continuous Wave (MCW) radar uses different delays to correspond to different target distances. Therefore, by applying appropriate filtering with specific delays to the aforementioned output signal, it is possible to obtain the radar's range spectrum. Based on this, multi-channel processing for angular measurement yields a high-resolution range-azimuth radar image.

Mesure de distance : Le module de traitement du signal radar applique un filtre adapté correspondant à la forme d'onde PMCW à chaque signal numérique émis par les canaux de réception, afin de déterminer la distance radiale de la cible. Un pic d’écho ne peut être formé que lorsque le signal numérique de la bande de base PMCW du filtre adapté correspond exactement au signal reçu (signal numérique). Cette invention atteint ainsi deux objectifs : 1. Séparation des échos des différents canaux d'émission:Distance measurement: The radar signal processing module applies a matched filter corresponding to the PMCW waveform to each digital signal emitted by the receiving channels, in order to determine the radial distance to the target. An echo peak can only be formed when the PMCW baseband digital signal of the matched filter exactly matches the received signal (digital signal). This invention thus achieves two objectives: 1. Separation of echoes from the different transmitting channels:

Chaque canal de réception mélange les signaux émis simultanément par différents canaux d’émission, dont les formes d'onde numériques sont orthogonales. Par conséquent, il est possible de sélectionner une forme d'onde de filtre adaptée correspondant au canal d’émission |, ce qui permet d'extraire, pour chaque canal de réception, l'écho correspondant au canal d'émission I. Ainsi, les échos des différents signaux émis peuvent être séparés dans les canaux de réception. 2. Détermination de la distance radiale: Pour le signal d’écho provenant du canal d’émission i, le temps écoulé entre l'émission, la réflexion par la cible, et la réception par un canal de réception est \tau . Lors du passage par le filtre adapté, seul un filtre correspondant à un délai \tau identique peut générer un pic correspondant à cette cible. Comme la vitesse de la lumière est constante, en obtenant le délai \tau , la distance radiale de la cible peut être calculée.Each receiving channel mixes the signals emitted simultaneously by different transmitting channels, whose digital waveforms are orthogonal. Therefore, it is possible to select a matched filter waveform corresponding to the transmitting channel |, which allows us to extract, for each receiving channel, the echo corresponding to the transmitting channel I. Thus, the echoes of the different emitted signals can be separated into the receiving channels. 2. Determining the radial distance: For the echo signal from transmitting channel i, the time elapsed between emission, reflection by the target, and reception by a receiving channel is τ. When passing through the matched filter, only a filter with the same delay τ can generate a peak corresponding to that target. Since the speed of light is constant, by obtaining the delay τ, the radial distance to the target can be calculated.

Le signal de sortie filtré adapté A du ième canal d'émission correspondant à chaque groupe de canaux de réception peut être exprimé comme suit : yılt) = arizg Imi(DiPrect (75) enen +The filtered output signal adapted A of the ith transmit channel corresponding to each group of receive channels can be expressed as follows: yılt) = arizg Imi(DiPrect (75) enen +

X je Zimm; Mrect (7) ee +) (7)X i Zimm; Mrect (7) ee +) (7)

Parmi eux, le deuxième terme est le terme d'interférence du j-ème canal de transmission avec le j-ème canal de transmission. Puisque les codes PMCW des deux canaux de transmission sont orthogonaux, alors :Among them, the second term is the interference term of the jth transmission channel with the jth transmission channel. Since the PMCW codes of the two transmission channels are orthogonal, then:

Zio mim; = 0 (8)Zio mim; = 0 (8)

Par conséquent, le terme d'interférence est complètement supprimé et la formule (7) peut être exprimée comme suit : y) = Xi Im) ree (21) eme +n'(t) 9)Therefore, the interference term is completely eliminated and formula (7) can be expressed as follows: y) = Xi Im) ree (21) eme +n'(t) 9)

Parmi eux, a; est le coefficient de réflexion cible correspondant au ième canal de transmission ; 7; est le retard aller-retour correspondant au iième canal de transmission ; n'(t) est le terme d'interférence de bruit blanc gaussien. = (10)Among them, a is the target reflection coefficient corresponding to the i-th transmission channel; 7 is the round-trip delay corresponding to the i-th transmission channel; n'(t) is the Gaussian white noise interference term. = (10)

Parmi eux, R; est la distance radiale de la cible correspondant au i-ème canal d'émission ; c est la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans l'espace libre. À partir de là, la distance radiale de la cible peut être obtenue.Among them, R is the radial distance to the target corresponding to the i-th transmission channel; c is the propagation speed of electromagnetic waves in free space. From this, the radial distance to the target can be obtained.

Mesure d'angle : le radar de surveillance de déformation d'ouverture réelle de la présente invention est un système MIMO En définissant les positions de M antennes d'émission et de N antennes de réception dans le radar de surveillance de déformation d'ouverture réelle, il peut être synthétisé en un réseau équivalent de M*N. canaux. Dans les mêmes conditions, plus le nombre de canaux dans le réseau équivalent est grand, plus la résolution angulaire ou la précision angulaire de l'image radar R-A est élevée. Plus précisément, le module de traitement du signal radar peut utiliser des algorithmes de mesure d'angle tels que la transformée deAngle Measurement: The real aperture deformation monitoring radar of the present invention is a MIMO system. By defining the positions of M transmitting antennas and N receiving antennas in the real aperture deformation monitoring radar, it can be synthesized into an equivalent array of M*N channels. Under the same conditions, the larger the number of channels in the equivalent array, the higher the angular resolution or angular accuracy of the R-A radar image. More specifically, the radar signal processing module can use angle measurement algorithms such as the transform of

Fourier (Fast Fourier Transform, FFT) ou le Digital Beamforming (DBF) pour obtenir l'angle d'azimut de la cible.Fourier (Fast Fourier Transform, FFT) or Digital Beamforming (DBF) to obtain the azimuth angle of the target.

L'expression du spectre de puissance après traitement de mesure d'angle FFT est:The expression for the power spectrum after FFT angle measurement processing is:

P(6) = TM SN a bie JI Ddexsin0 + (n-1)drxsin6] (11)P(6) = TM SN a bie JI Ddexsin0 + (n-1)drxsin6] (11)

Parmi eux, a, et b, sont respectivement les coefficients de poids de la m-ième antenne d'émission et de la n-ième antenne de réception ; d., et d,, représentent respectivement l'espacement des antennes du réseau d'émission et du réseau de réception; (m—1)d, et (n—1)d,, représentent respectivement le déplacement de la m-ième antenne d'émission et de la n-ième antenne de réception par rapport à la position de référence du réseau ; 6 représente l'angle entre la direction des ondes dans l'espace et la direction radiale positive du réseau. Le pic du spectre de puissance correspond à l'angle d'azimut de la cible.Among them, a and b are the weighting coefficients of the m-th transmitting antenna and the n-th receiving antenna, respectively; d and d represent the antenna spacing of the transmitting and receiving arrays, respectively; (m-1)d and (n-1)d represent the displacement of the m-th transmitting and n-th receiving antennas relative to the array's reference position, respectively; 6 represents the angle between the direction of the waves in space and the positive radial direction of the array. The peak of the power spectrum corresponds to the target's azimuth angle.

Le module de surveillance des déformations est connecté au module de traitement du signal radar. Ce module est utilisé pour déterminer la position des points cibles ayant subi une déformation et leur amplitude de déformation, en se basant sur l’image R-A du radar.The deformation monitoring module is connected to the radar signal processing module. This module is used to determine the position of target points that have undergone deformation and their deformation magnitude, based on the radar's AR image.

Après avoir obtenu l’image R-A du radar, le module de surveillance des déformations évalue et filtre l'amplitude et la phase de chaque pixel de l'image R-A (c'est-à-dire chaque unité de résolution en distance et chaque unité de résolution en angle). Généralement, les pixels de haute qualité sont sélectionnés comme points cibles (points PS) en fonction de l’écart-type d'amplitude et de phase.After acquiring the radar-to-radar (R-A) image, the deformation monitoring module evaluates and filters the amplitude and phase of each pixel in the R-A image (i.e., each unit of range resolution and each unit of angle resolution). Typically, high-quality pixels are selected as target points (PS points) based on their standard deviation of amplitude and phase.

Étant donné que chaque trame radar produit une image R-A, il est possible de surveiller en continu la phase de chaque point PS. Les petites déformations dans la zone correspondant à un point PS entraînent une modification de la phase du signal reçu. En comparant la différence de phase \Delta\phi entre deux signaux réfléchis successifs d’un même point cible, on peut ainsi déterminer l’amplitude de la déformation de ce point cible. Tout de suite:Since each radar frame produces an R-A image, it is possible to continuously monitor the phase of each PS point. Small deformations in the area corresponding to a PS point cause a change in the phase of the received signal. By comparing the phase difference Δφ between two successive reflected signals from the same target point, the magnitude of the deformation at that target point can be determined. Next:

d=A (4m) xAp (12)d = A (4m) x Ap (12)

Parmi eux, d est la quantité de déformation ; À est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique.Among them, d is the amount of deformation; A is the wavelength of the electromagnetic wave.

Comparé à la technologie de surveillance de déformation radar existante, le radar de surveillance de déformation à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO proposé par la présente invention présente les avantages suivants. 1. Classification par type de modulation d’onde :Compared to existing radar strain monitoring technology, the PMCW-MIMO-based real aperture strain monitoring radar proposed by the present invention offers the following advantages. 1. Classification by wave modulation type:

Les radars de surveillance des déformations existants utilisent généralement une modulation en SFCW (Stepped-Frequency ContinuousExisting deformation monitoring radars generally use SFCW (Stepped-Frequency Continuous) modulation

Wave) ou FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Cette invention introduit pour la première fois la modulation PMCW (PhaseWave) or FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). This invention introduced PMCW (Phase) modulation for the first time.

Modulated Continuous Wave) dans les radars de surveillance des déformations. Les radars de surveillance des déformations basés surModulated Continuous Wave) in deformation monitoring radars. Deformation monitoring radars based on

SFCW ou FMCW présentent un phénomène grave d’expansion des lobes secondaires dans la dimension de distance pour les cibles à forte réflexion.SFCW or FMCW exhibit a serious phenomenon of secondary lobe expansion in the distance dimension for targets with high reflection.

Un objectif fortement réfléchissant situé à une distance R peut générer des lobes secondaires qui dépassent le seuil de détection radar sur une large zone autour de sa position. Le rapport entre l'énergie des lobes secondaires et celle du lobe principal représentant la position réelle de la cible exprime la plage dynamique dans la dimension de distance du radar.A highly reflective target located at a distance R can generate sidelobes that exceed the radar detection threshold over a wide area around its position. The ratio between the energy of the sidelobes and that of the main lobe representing the target's actual position expresses the radar's dynamic range in the distance dimension.

Si l'énergie d’un lobe secondaire pour une cible forte dépasse celle d’une cible réelle située à la distance correspondante (ou est proche de cette énergie), cette cible réelle, plus faiblement réfléchissante, sera masquée sur l'image radar, ce qui affecte considérablement la qualité de l'imagerie.If the energy of a sidelobe for a strong target exceeds that of a real target at the corresponding distance (or is close to that energy), this real target, being less reflective, will be masked on the radar image, which greatly affects the image quality.

Dans le cas du système FMCW, des facteurs tels que la linéarité du signal émis, le bruit de phase et l’utilisation de fonctions de fenêtre dans le traitement du signal entraînent la génération de lobes secondaires plus importants.In the case of the FMCW system, factors such as the linearity of the emitted signal, phase noise, and the use of window functions in signal processing lead to the generation of larger side lobes.

Le rapport des lobes latéraux SLRR du signal SFCW/FMCW peut être exprimé comme suit :The SLRR sidelobe ratio of the SFCW/FMCW signal can be expressed as follows:

SLRR = 20log,90|L 1 w[l]e-/710+0Ts/Tn| (13)SLRR = 20log.90|L 1 w[l]e-/710+0Ts/Tn| (13)

Parmi eux, w[l] est la fonction de fenêtre de distance ; T, est l'intervalle d'échantilonnage de distance ; T, est la période de modulation.Among them, w[l] is the distance window function; T, is the distance sampling interval; T, is the modulation period.

Dans le système PMCW de la présente invention, des échos cibles à différentes distances correspondent à des signaux de bande de base numériques PMCW avec des retards différents, de sorte que les lobes latéraux de portée sont considérablement supprimés, améliorant ainsi fondamentalement la plage dynamique des dimensions de portée. amélioration de la qualité des images.In the PMCW system of the present invention, target echoes at different distances correspond to PMCW digital baseband signals with different delays, so that the range sidelobes are considerably suppressed, thus fundamentally improving the dynamic range of the range dimensions and improving image quality.

Le rapport des lobes latéraux SLRRpmcwdu signal PMCW peut être exprimé comme suit :The SLRRpmcw sidelobe ratio of the PMCW signal can be expressed as follows:

SLRRpmew = : (14)SLRRpmew = : (14)

Parmi eux, L est la longueur du code PMCW. Dans le scénario d'application de la présente invention, la valeur L peut être supérieure à un million, de sorte que la plage dynamique de dimension de distance deAmong them, L is the length of the PMCW code. In the application scenario of the present invention, the value of L can be greater than one million, so that the dynamic range of distance dimension of

PMCW est nettement meilleure que celle de SFCW/FMCW. 2. Classification selon le principe d'imagerie dans la dimension angulaire du radar :PMCW is significantly better than that of SFCW/FMCW. 2. Classification according to the imaging principle in the angular dimension of the radar:

Les radars de surveillance des déformations existants peuvent être classés en deux catégories : radars interférométriques à ouverture synthétique et radars interférométriques à ouverture réelle.Existing deformation monitoring radars can be classified into two categories: synthetic aperture interferometric radars and real aperture interferometric radars.

Les radars interférométriques à ouverture synthétique nécessitent généralement des composants mécaniques complexes et de haute précision, tels que des radars interférométriques à ouverture synthétique sur rail (Rail-INSAR) ou en arc (Arc-InSAR).Synthetic aperture interferometric radars generally require complex and high-precision mechanical components, such as rail-mounted (Rail-INSAR) or arc-mounted (Arc-InSAR) synthetic aperture interferometric radars.

Les radars interférométriques à ouverture réelle utilisent généralement la technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output) pour l'imagerie dans la dimension angulaire.Real aperture interferometric radars typically use MIMO (Multiple Input Multiple Output) technology for imaging in the angular dimension.

Les radars interférométriques à ouverture réelle présentent plusieurs avantages par rapport à ceux à ouverture synthétique : absence de composants mobiles, facilité d'intégration, haute fiabilité, et des bénéfices significatifs en termes de taille, poids et coût. Ils représentent ainsi l’une des principales directions de développement des radars de surveillance des déformations.Real aperture interferometric radars offer several advantages over synthetic aperture radars: no moving parts, ease of integration, high reliability, and significant benefits in terms of size, weight, and cost. They therefore represent one of the main directions for the development of deformation monitoring radars.

Cependant, les radars MIMO à ouverture réelle présentent une plage dynamique inférieure dans la dimension angulaire par rapport aux radars à ouverture synthétique. Cela s'explique par le fait qu'un radar interférométrique à ouverture synthétique n’a besoin que d’une seule paire d'antennes émission-réception, et qu’il n'existe aucun couplage entre les antennes dans l’ouverture synthétique équivalente. En revanche, les radars à ouverture réelle nécessitent un grand nombre d’antennes émission-réception, et le couplage entre ces antennes réduit la plage dynamique angulaire.However, real aperture MIMO radars exhibit a lower dynamic range in the angular dimension compared to synthetic aperture radars. This is because a synthetic aperture interferometric radar only requires a single pair of transmit-receive antennas, and there is no coupling between the antennas in the equivalent synthetic aperture. In contrast, real aperture radars require a large number of transmit-receive antennas, and the coupling between these antennas reduces the angular dynamic range.

Cette invention introduit la technologie PMCW-MIMO à ouverture réelle dans les radars interférométriques. Par rapport aux radars à ouverture réelle utilisant les technologies SFCW ou FMCW, le radarThis invention introduces real-aperture PMCW-MIMO technology into interferometric radars. Compared to real-aperture radars using SFCW or FMCW technologies, the radar

PMCW présente un avantage significatif : les formes d’onde numériques de la bande de base PMCW sont orthogonales, et les signaux de couplage entre les antennes ne peuvent pas s’accumuler de manière cohérente après passage par le filtre adapté. Par conséquent, la plage dynamique angulaire est nettement améliorée, atteignant un niveau proche de celui des radars interférométriques à ouverture synthétique.PMCW offers a significant advantage: the digital waveforms of the PMCW baseband are orthogonal, and coupling signals between antennas cannot coherently accumulate after passing through the matched filter. Consequently, the angular dynamic range is significantly improved, reaching a level close to that of synthetic aperture interferometric radars.

(3) Le radar d'interférométrie à ouverture synthétique nécessite au moins une fois un balayage mécanique pour obtenir une image radar, ce qui prend généralement plus de 10 minutes.(3) Synthetic aperture interferometry radar requires at least one mechanical scan to obtain a radar image, which usually takes more than 10 minutes.

Le radar à ouverture réelle,The actual aperture radar,

étant exempt de balayage mécanique, peut théoriquement réduire considérablement le temps de formation de l'image.Being free from mechanical scanning, it can theoretically significantly reduce image formation time.

Cependant, les radars d’interférométrie à ouverture réelle existants, afin de réduire les interférences entre les signaux d’émission, utilisent généralement une technique d'émission en alternance, c’est-à-dire qu’ils activent chaque canal d'émission à tour de rôle.However, existing real aperture interferometry radars, in order to reduce interference between the emission signals, generally use an alternating emission technique, that is to say they activate each emission channel in turn.

Cela entraîne deux problèmes : 1) Il est impossible d'intégrer davantage de canaux d’émission, car leur émission en alternance prolongerait le temps total d’imagerie radar. 2) Il n’est pas possible d'obtenir un temps de formation d'image plus rapide et un taux de rafraîchissement plus élevé.This leads to two problems: 1) It is impossible to integrate more transmission channels, as their alternating transmission would prolong the total radar imaging time. 2) It is not possible to achieve a faster image formation time and a higher refresh rate.

Par conséquent, tout comme le radar à ouverture synthétique, il est impossible de surveiller les déformations rapides qui se produisent entre deux images radar successives (c’est-à-dire le phénomène de perte de cohérence). La présente invention utilise la méthode PMCW pour la surveillance des déformations par interférométrie.Therefore, just like synthetic aperture radar, it is impossible to monitor the rapid distortions that occur between two successive radar images (i.e., the phenomenon of loss of coherence). The present invention uses the PMCW method for monitoring distortions by interferometry.

Son avantage réside dans le fait qu’elle s'appuie sur l’orthogonalité des signaux numériques PMCW dans la bande de base pour réaliser une émission simultanée sur un grand nombre de canaux d'émission, ce qui permet de réduire le temps de formation de chaque image radar à moins d’une minute, garantissant ainsi des résultats plus précis et réduisant "impact de la perte de cohérence.Its advantage lies in the fact that it relies on the orthogonality of PMCW digital signals in the baseband to achieve simultaneous transmission on a large number of transmission channels, which reduces the formation time of each radar image to less than one minute, thus ensuring more accurate results and reducing the impact of loss of coherence.

(4) Dans les solutions technologiques existantes pour la surveillance des déformations, le radar à interferométrie à ouverture synthétique, en raison de ses composants mobiles, rencontre des problèmes de volume, de consommation d’énergie, de coût et de fiabilité, ce qui empêche son utilisation à long terme et sans surveillance dans divers scénarios d'application. En revanche, la technologie MIMO à ouverture réelle existe mais présente des difficultés à résoudre le problème de l'émission simultanée sur un grand nombre de canaux, ce qui limite le nombre de canaux pouvant être intégrés et entraîne des problèmes tels qu’une faible gamme dynamique des angles, ce qui donne des performances relativement faibles. L'invention décrite dans ce document, combinant les avantages des différentes technologies en termes de performance, de fiabilité et de coût, constitue une solution de radar de surveillance des déformations qui peut être largement déployée et utilisée sans surveillance.(4) In existing technological solutions for deformation monitoring, synthetic aperture interferometry radar, due to its moving components, encounters problems related to size, power consumption, cost, and reliability, which prevent its long-term, unattended use in various application scenarios. In contrast, real aperture MIMO technology exists but faces difficulties in solving the problem of simultaneous transmission on a large number of channels, which limits the number of channels that can be integrated and leads to problems such as a narrow dynamic range of angles, resulting in relatively low performance. The invention described in this document, combining the advantages of the different technologies in terms of performance, reliability, and cost, constitutes a deformation monitoring radar solution that can be widely deployed and used unattended.

En résumé, afin d'améliorer de manière significative la qualité de l'imagerie radar, l'invention propose de manière innovante un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé surIn summary, in order to significantly improve the quality of radar imaging, the invention innovatively proposes a real-aperture deformation monitoring radar system based on

PMCW-MIMO, réalisant un contraste élevé dans l'imagerie et permettant une surveillance des déformations à haute gamme dynamique, augmentant ainsi la sécurité et la fiabilité de la surveillance des déformations. Le radar de surveillance des déformations à ouverture réelle proposé dans cette invention peut surveiller à distance les déformations microscopiques des cibles dans le champ de vision du radar par rapport au radar, et fournir des alertes de risques, protégeant ainsi la vie et les biens.PMCW-MIMO, achieving high contrast in imaging and enabling high dynamic range deformation monitoring, thus increasing the safety and reliability of deformation monitoring. The real aperture deformation monitoring radar proposed in this invention can remotely monitor microscopic deformations of targets within the radar's field of view relative to the radar, and provide hazard alerts, thereby protecting life and property.

Les objets typiques à surveiller comprennent les pentes abruptes, les mines à ciel ouvert, les barrages de résidus, les barrages, les ponts et les bâtiments de grande hauteur.Typical objects to monitor include steep slopes, open-pit mines, tailings dams, dams, bridges, and high-rise buildings.

En résumé, afin d'améliorer de manière significative la qualité de l'imagerie radar, l'invention propose de manière innovante un système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé surIn summary, in order to significantly improve the quality of radar imaging, the invention innovatively proposes a real-aperture deformation monitoring radar system based on

PMCW-MIMO, réalisant un contraste élevé dans l'imagerie et permettant une surveillance des déformations à haute gamme dynamique. Cela améliore la sécurité et la fiabilité de la surveillance des déformations. Le radar de surveillance des déformations à ouverture réelle proposé dans cette invention peut surveiller à distance les déformations microscopiques des cibles dans le champ de vision du radar par rapport au radar, et fournir des alertes de risques, protégeant ainsi la vie et les biens. Les objets typiques à surveiller comprennent les pentes abruptes, les mines à ciel ouvert, les barrages de résidus, les barrages, les ponts et les bâtiments de grande hauteur.PMCW-MIMO, achieving high contrast in imaging and enabling high dynamic range deformation monitoring, improves the safety and reliability of deformation monitoring. The real-aperture deformation monitoring radar proposed in this invention can remotely monitor microscopic deformations of targets within the radar's field of view and provide hazard alerts, thus protecting life and property. Typical objects to be monitored include steep slopes, open-pit mines, tailings dams, dams, bridges, and tall buildings.

Cet article utilise des exemples spécifiques pour illustrer les principes et les méthodes de mise en œuvre de la présente invention. La description des modes de réalisation ci-dessus est uniquement utilisée pour aider à comprendre le procédé et l'idée centrale de la présente invention en même temps, pour ceux de la présente invention. Conformément à la présente invention, l'homme du métier connaîtra des changements dans les procédés de mise en œuvre spécifiques et dans la portée d'application des idées. En résumé, le contenu de cette description ne doit pas être interprété comme une limitation de la présente invention.This article uses specific examples to illustrate the principles and methods of implementing the present invention. The description of the above embodiments is used solely to aid in understanding the process and the central idea of the present invention. According to the present invention, a person skilled in the art will recognize changes in the specific implementation methods and the scope of application of the ideas. In summary, the content of this description should not be interpreted as a limitation of the present invention.

Claims (8)

REVENDICATIONSDEMANDS 1. Système de radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO, caractérisé par le fait qu’il comprend : un module de génération et d’émission de signal radar, un module de réception de signal radar, un module de traitement de signal radar et un module de surveillance des déformations ; le module de génération et d'émission de signal radar comprend plusieurs groupes de canaux d'émission indépendants les uns des autres ; chaque groupe de canaux d'émission comprend au moins un générateur de forme d'onde numérique PMCW un mélangeur de forme d'onde d’émission et une antenne d'émission ; le générateur de forme d'onde numérique PMCW est connecté à l'antenne d’émission via le mélangeur de forme d'onde d'émission ; le générateur de forme d’onde numérique PMCW génère un signal numérique de base PMCW et l'envoie au mélangeur de forme d'onde d'émission, lequel génère un signal PMCW qui est irradié et émis via l’antenne d'émission; le module de réception de signal radar comprend plusieurs groupes de canaux de réception indépendants les uns des autres ; chaque groupe de canaux de réception comprend au moins une antenne de réception, un mélangeur de réception et un convertisseur analogique-numérigue à haute vitesse; l'antenne de réception, le mélangeur de réception et le convertisseur analogique-numérique sont connectés de manière séquentielle ; l’antenne de réception reçoit le signal radar de retour après réflexion par l’objectif et l'envoie au mélangeur de réception ; le mélangeur de réception effectue un mélange du signal radar de retour, envoie un signal de base au convertisseur analogique-numérique et le convertit en un signal numérique ; le module de traitement de signal radar est connecté au convertisseur analogique-numérique à haute vitesse ; le module de traitement de signal radar est utilisé pour traiter les signaux numériques reçus, afin d’obtenir une image radar haute résolution en distance et azimut; le module de surveillance des déformations est connecté au module de traitement de signal radar ; le module de surveillance des déformations est utilisé pour déterminer la position et la quantité de déformation du point cible en fonction de l’image radar haute résolution en distance et azimut.1. A real-aperture deformation monitoring radar system based on PMCW-MIMO, characterized in that it comprises: a radar signal generation and transmission module, a radar signal reception module, a radar signal processing module, and a deformation monitoring module; the radar signal generation and transmission module comprises several groups of independent transmission channels; each group of transmission channels comprises at least one PMCW digital waveform generator, one transmission waveform mixer, and one transmission antenna; the PMCW digital waveform generator is connected to the transmission antenna via the transmission waveform mixer; the PMCW digital waveform generator generates a basic PMCW digital signal and sends it to the transmission waveform mixer, which generates a PMCW signal that is radiated and transmitted via the transmission antenna; the radar signal reception module comprises several groups of independent reception channels; Each receiving channel group comprises at least one receiving antenna, one receiving mixer, and one high-speed analog-to-digital converter; the receiving antenna, the receiving mixer, and the analog-to-digital converter are connected sequentially; the receiving antenna receives the returning radar signal after reflection by the lens and sends it to the receiving mixer; the receiving mixer mixes the returning radar signal, sends a basic signal to the analog-to-digital converter, and converts it into a digital signal; the radar signal processing module is connected to the high-speed analog-to-digital converter; the radar signal processing module is used to process the received digital signals to obtain a high-resolution radar image in range and azimuth; the deformation monitoring module is connected to the radar signal processing module; the deformation monitoring module is used to determine the position and amount of deformation of the target point based on the high-resolution radar image in range and azimuth. 2. Système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélangeur de forme d’onde d'émission module en fréquence le signal de base numérique PMCW avec un signal local à haute fréquence fonctionnant à la fréquence centrale du radar, et sort un signal PMCW.2. PMCW-MIMO real aperture deformation monitoring radar system according to claim 1, characterized in that the emission waveform mixer frequency modulates the PMCW digital basic signal with a high-frequency local signal operating at the radar center frequency, and outputs a PMCW signal. 3. Système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélangeur de réception module en fréquence le signal radar de retour avec le signal local du système radar, et sort un signal de base.3. PMCW-MIMO real aperture deformation monitoring radar system according to claim 1, characterized in that the receiving mixer frequency modulates the return radar signal with the local signal of the radar system, and outputs a basic signal. 4. Système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mélangeurs de forme d’onde d'émission de chaque groupe de canaux d'émission partagent le même signal local du système radar ; et les mélangeurs de réception de chaque groupe de canaux de réception partagent également le même signal local du système radar.4. PMCW-MIMO based real aperture deformation monitoring radar system according to claim 1, characterized in that the transmit waveform mixers of each transmit channel group share the same local radar system signal; and the receive mixers of each receive channel group also share the same local radar system signal. 5. Système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de traitement de signal radar applique un filtre adapté correspondant à la forme d'onde PMCW à chaque signal numérique sorti par les canaux de réception, afin de déterminer la distance radiale du cible.5. PMCW-MIMO real aperture deformation monitoring radar system according to claim 1, characterized in that the radar signal processing module applies a matched filter corresponding to the PMCW waveform to each digital signal output by the receiving channels, in order to determine the radial distance of the target. 6. Système radar de surveillance des déformations à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de traitement de signal radar utilise un algorithme de transformation de Fourier FFT ou de formation de faisceau numérique DBF pour déterminer l’angle azimutal du cible.6. PMCW-MIMO real aperture deformation monitoring radar system according to claim 1, characterized in that the radar signal processing module uses an FFT Fourier transform algorithm or DBF digital beamforming to determine the azimuthal angle of the target. 7. Système radar de surveillance de déformation à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de surveillance de déformation détecte chaque unité de résolution de distance et chaque unité de résolution de distance de l'image distance-azimut haute résolution du radar ; l'unité de résolution effectue un jugement et un filtrage d'amplitude et de phase pour déterminer le point cible.7. PMCW-MIMO based real aperture deformation monitoring radar system according to claim 1, characterized in that the deformation monitoring module detects each range resolution unit and each distance resolution unit of the high-resolution range-azimuth image of the radar; the resolution unit performs amplitude and phase judgment and filtering to determine the target point. 8. Système radar de surveillance de déformation à ouverture réelle basé sur PMCW-MIMO selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module de surveillance de déformation compare deux signaux de réflexion du même point cible sur la base de l'image distance-azimut haute résolution du radar ; la différence de phase Ag est utilisée pour déterminer l'ampleur de la déformation du point cible à l'aide de la formule d = M(4TT) x Ag ; parmi eux, d est la quantité de déformation ; À est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique.8. A real aperture PMCW-MIMO-based deformation monitoring radar system according to claim 7, characterized in that the deformation monitoring module compares two reflection signals from the same target point on the basis of the high-resolution distance-azimuth image of the radar; the phase difference Ag is used to determine the magnitude of the deformation of the target point using the formula d = M(4TT) x Ag; among them, d is the amount of deformation; A is the wavelength of the electromagnetic wave.
BE20255010A 2025-01-07 2025-01-07 A real-aperture deformation monitoring radar system based on PMCW-MIMO BE1032131B1 (en)

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