[0001] 本实用新型属于雷达的形变监测技术领域，具体涉及一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达。

[0002] 地基形变监测雷达主要用于露天矿区、复杂山区等全方位大范围场景的形变监测及灾害预警，利用差分干涉成像技术对目标区域进行连续监测并获取形变信息，相较于星载、机载干涉成像雷达、三维激光雷达和GNSS等监测手段，具有形变测量精度高、数据更新率高、不受气候条件影响等优点。

[0003] 常见三维成像形变监测雷达如图1所示，主要配备一根发射天线(三根天线中位于中间)和两根接收天线(三根天线中位于上下两端)，形成一个垂直间隔至少为250mm的天线阵列，从而基于干涉测高原理来获取观测区域的三维地形，并可实现形变量的三维可视化显示。同时收发天线阵列绕回转中心旋转，实现圆周范围内大面积监测预警。

[0004] 目前主要采用的方案尺寸和体积较大，采用的线性波导天线长度达2米，一个发射天线和两个接收天线形成的天线阵列面长度为2米、其高度为0.6米。因为需要2根接收天线，大大增加了硬件成本和系统复杂程度。实用新型内容

[0005] 有鉴于此，本实用新型提供了一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，通过结构改良，仅用一个接收天线和一个发射天线实现三维成像，能够缩减雷达尺寸的同时解决了系统复杂的问题。

[0006] 本实用新型是通过下述技术方案实现的：

[0007] 一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，包括：收发天线、转换臂、支撑臂、雷达主机及单轴转台；

[0008] 所述雷达主机安装于单轴转台，单轴转台用于驱动雷达主机旋转；

[0009] 所述支撑臂的一端连接于雷达主机上，另一端与转换臂连接；

[0010] 所述转换臂由一个杆身和两个连接端一体成型，两个连接端分别位于杆身的两端，形成Z型结构，Z型结构沿竖直方向设置；令两个连接端分为连接端a和连接端b；所述连接端a与支撑臂的另一端连接，连接端b与收发天线连接；所述转换臂能够以连接端a为转点上下调转180度，使得转换臂的连接端b与支撑臂在两种连接方式间形成高度差，实现三维地形成像；

[0011] 所述收发天线由支撑壳体、接收天线及发射天线组成；所述支撑壳体连接于连接端b上；所述接收天线和发射天线均为微带天线，且分别安装于支撑壳体的两端，呈水平布置；

[0012] 所述雷达主机和收发天线通过同轴电缆连接；

[0013] 所述雷达主机用于接发电磁波、并根据该电磁波通过算法进行高分辨率成像以及控制单轴转台的旋转。

[0014] 进一步的，所述收发天线与支撑臂之间的中心距为75mm；

[0015] 当上下调转所述转换臂时，形成的高度差为75+75＝150mm。

[0016] 进一步的，与所述收发天线固连的连接端b为三角形框架结构；

[0017] 所述连接端b的三角形框架上加工有两个垂直于三角形面的螺纹孔，其中一个螺纹孔位于与杆身连接的三角形框架的一个边上，另一个螺纹孔位于与所述边相对的三角形框架的顶点处；所述收发天线的支撑壳体通过连接件c安装于连接端b上的两个螺纹孔中。

[0018] 进一步的，所述收发天线的背面加工有连接件c；所述连接件c上加工有若干角度调节孔和安装孔，若干角度调节孔以安装孔为圆心呈圆弧分布；

[0019] 相邻的两个所述角度调节孔孔间形成的圆心角均为5度；当连接件c上位于正中间的角度调节孔和安装孔圆心之间的连线与水平面的夹角为0度时，位于连接件c最端部的两个角度调节孔和安装孔圆心之间的连线与水平面形成的夹角均为30度，即连接件c以水平面为基准在上下30度的范围内调整角度。

[0020] 进一步的，所述支撑臂和转换臂的杆身及连接于支撑臂上的连接端为空心结构。

[0021] 进一步的，所述支撑壳体的背面安装有一个电信号连接器和两个同轴电缆连接器；所述电信号连接器同时与接收天线和发射天线电性连接，两个同轴电缆连接器分别与接收天线和发射天线电性连接；

[0022] 两个所述同轴电缆连接器分别通过两个同轴电缆连接于雷达主机，电信号连接器则通过电线连接于雷达主机。

[0023] 进一步的，所述支撑臂可根据需要更换不同长度的支撑臂；

[0024] 两个所述同轴电缆和电线穿过支撑臂和转换臂，从转换臂的底端伸出，并分别与支撑壳体上的同轴电缆连接器和电信号连接器连接。

[0025] 进一步的，所述电信号连接器和两个同轴电缆连接器均为防水连接器。

[0026] 进一步的，所述雷达整机的尺寸大小为974.5mm。

[0027] 有益效果：

[0028] (1)本实用新型的一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，包括收发天线、转换臂、支撑臂、雷达主机以及单轴转台，雷达主机安装于单轴转台，由单轴转台提供旋转转换臂由两个连接端和杆身连接，转换臂能够调转180度安装，并通过连接端a安装在支撑臂上，形成高度差实现三维成像；所述雷达属于一种圆弧合成孔径雷达，可以进行普通监测，同时通过转换臂的调转能实现三维成像，即可以一机多用；所述雷达的三维成像与以往的雷达相比较仅需要一个接收天线，因此既能够缩小雷达的尺寸，又解决系统复杂的问题，同时接收天线和发射天线均为微带天线，可以进一步缩小收发天线的尺寸；此外，接收天线和发射天线安装在支撑壳体的两端，可以避免相互造成干扰。

[0029] (2)本实用新型的一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，收发天线与支撑臂之间的中心距为75mm，通过连接端的调转形成的高度差为150mm，满足三维地形成像的最低要求，能够实现三维成像的同时减少了天线阵列间隔，进一步缩减了雷达的整体尺寸。

[0030] (3)本实用新型的一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，连接件c上加工有若干角度调节孔，连接件c以水平面为基准可在上下30度的范围内调整角度，能够配合不同地形使用。

[0031] (4)本实用新型的一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，支撑臂和转换臂的杆身以及连接于支撑臂上的连接端为空心结构，用于同轴电缆和电线的走线，可以防止使用过程中对同轴电缆造成伤害。

[0032] (5)本实用新型的一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，支撑壳体的背面安装有一个电信号连接器和两个同轴电缆连接器，通过连接器连接可以令连接操作方便可靠；同时，一个电信号连接器和两个同轴连接器均为防水连接器，即使是在带水的环境中也能保证正常使用。

[0040] 下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

[0041] 本实施例提供了一种三维成像圆弧合成孔径形变监测雷达，如图2所示，包括：收发天线、转换臂3、支撑臂4、雷达主机5以及单轴转台6；

[0042] 所述单轴转台6由壳体、驱动装置、轴承、回转轴以及转盘组成；所述驱动装置的输出轴与回转轴的一端同轴连接，回转轴的另一端与转盘同轴连接，转盘随着驱动装置的驱动旋转；其中，所述回转轴通过轴承安装于壳体内部；

[0043] 所述雷达主机5为长方体结构，其底部固连于单轴转台6的转盘上，雷达主机5可以随着驱动装置的驱动与转盘一同旋转；

[0044] 所述雷达主机5的外部连有直流电源，内部装有二次电源、控制模块、射频器件以及信号处理模块等；所述直流电源与二次电源电性连接，并给二次电源供电；所述二次电源分别与雷达主机5内部的控制模块、射频器件以及信号处理模块等电性连接，同时，二次电源还分别与单轴转台6的驱动装置以及收发天线电性连接，雷达主机5通过二次电源向控制模块、射频器件、信号处理模块、单轴转台6的驱动装置以及收发天线供电；除此以外，所述雷达主机5内的控制模块与单轴转台6的驱动装置电性连接，控制模块可以控制单轴转台6的驱动装置旋转；

[0045] 所述支撑臂4为空心柱状结构，支撑臂4的一端安装于雷达主机5的一个侧边上；所述支撑臂4用于延长收发天线与雷达主机5之间的水平距离，以此获得较高的方位分辨率；所述支撑臂4可根据需求更换为不同长度的支撑臂4；

[0046] 如图5所示，所述转换臂3固连于支撑臂4的另一端；所述转换臂3由一个杆身和两个连接端一体成型，令两个连接端分别为连接端a和连接端b；所述连接端a与连接端b分别位于杆身的两端，形成Z型结构，且所述Z型结构沿着竖直方向设置；所述连接端a与杆身为空心结构，用于走线；所述连接端a通过螺栓连接于支撑臂4的另一端；所述连接端b为三角形框架结构，三角形框架的一个边连接于杆身；所述连接端b上加工有两个垂直于三角形面的螺纹孔，其中一个螺纹孔位于与杆身连接的三角形框架的一个边上，另一个螺纹孔位于与所述边相对的三角形框架的顶点处，两个螺纹孔用于固连收发天线；所述转换臂3能够以连接端a为转点上下调转180度安装，随着上下调转，连接端b可位于连接端a的上方或者下方，即转换臂3的连接端b与支撑臂4在两种连接方式间形成高度差；所述雷达可通过所述高度差来实现三维地形成像；

[0047] 如图6所示，所述收发天线固连于转换臂3的连接端b上；所述收发天线由一个支撑壳体和两个微带天线组成；所述支撑壳体的背面加工有连接件c、并装有一个电信号连接器和两个同轴电缆连接器；所述支撑壳体通过连接件c安装于转换臂3连接端b上的两个螺纹孔中；所述连接件c上加工有若干角度调节孔和安装孔，若干角度调节孔以安装孔为圆心呈圆弧分布，相邻的两个角度调节孔孔间形成的圆心角均为5度；当连接件c上位于正中间的角度调节孔和安装孔圆心之间的连线与水平面的夹角为0度时，位于连接件c最端部的两个角度调节孔和安装孔圆心之间的连线与水平面形成的夹角均为30度，即连接件c以水平面为基准可在上下30度的范围内调整角度，能够配合不同地形使用；

[0048] 两个所述同轴电缆连接器分别通过两个同轴电缆连接于雷达主机5的射频器上，电信号连接器通过电线连接于雷达主机5的二次电源上，同轴电缆用于传递电磁波，电线用于供电；两个所述同轴电缆和电线均穿过支撑臂4和转换臂3，从转换臂3的底端(杆身与连接端b之间的出线孔)伸出，并分别与支撑壳体上的电信号连接器和两个同轴电缆连接器连接；所述电信号连接器和两个同轴电缆连接器和均为防水连接器；

[0049] 两个所述微带天线中一个为接收天线2，另一个为发射天线1，接收天线2和发射天线1分别安装于支撑壳体的两端，呈水平布置，所述结构可以防止接收天线2与发射天线1之间发生干扰；所述接收天线2和发射天线1分别与两个同轴电缆连接器电性连接，并同时与电信号连接器电性连接；所述雷达主机5发射的电磁波通过一个同轴电缆将电磁波传送至发射天线1，接收天线2接收电磁波，并将接受到的电磁波通过另一个同轴电缆传送至雷达主机5中的信号处理模块，从而对信号进行处理；

[0050] 所述收发天线与支撑臂4之间的中心距为75mm，当上下调转所述转换臂3时，形成的高度差为75+75＝150mm，即天线阵列间隔为150mm，从而满足三维地形成像的最低要求；

[0051] 本实施例中，所述雷达的整机系统尺寸仅为974.5mm，仅为常规雷达的一半左右；

[0052] 工作原理：

[0053] 所述雷达主机5产生高频电磁波，通过发射天线1发射到目标区域，目标区域产生的回波信号被接收天线2接收并回传给雷达主机5，电磁波信号通过雷达主机5中信号处理模块进行处理；同时雷达主机5向单轴转台6发送指令使单轴转台6按照一定的角速度匀速旋转；所述雷达主机5中的信号处理模块最终通过圆弧合成孔径目标成像算法对监测场景进行高分辨率成像；

[0054] 当所述雷达需要进行三维成像时，首先如图3所示，转换臂3的连接端b位于连接端a的上方，此时通过雷达采集信号信息；之后如图4所示，将转换臂3调转180度，令连接端b位于连接端a的下方，再次通过雷达采集信号信息；两次采集的信息通过干涉测高算法进行信号处理并比对，最终实现被测区域的三维地形成像。

[0055] 综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。