防破坏预警系统、方法、设备、存储介质及产品与流程

本发明属于输电线路监测，尤其涉及一种用于架空输电线的防破坏预警系统、方法、设备、存储介质及产品。

背景技术：

1、架空输电线路长期受人为等外力破坏的影响，例如施工建房、大型工程车辆侵入输电走廊等，均会威胁输电线路的运行安全。目前，常用的线路防外破监测手段包括：

2、（1）人工巡视：由工作人员定期巡线，划出保护区范围，悬挂安全警示牌，在施工现场对操作人员进行安全培训等，这种方法存在人员需求量大，人力成本高，无法实时监测等问题。

3、（2）现场布设网络视频监控设备，通过3g/4g/5g等手段将视频数据实时传回监控中心，工作人员通过实时观看或图像处理算法等对外破事故进行判断，这种方式存在易受天气影响，且受视频监控设备的监控角度影响，无法对外破事故进行及时预警等缺点。

4、（3）采用毫米波雷达与视觉联合监测，毫米波雷达探测到外破危险物体的径向距离，然后结合图像上对应框的像素信息，预测电力线与外破物之间的间距，这种方式同样依赖于视觉信息，易受天气和监控角度的影响，无法对外破事故进行及时预警等缺点。

5、后两种监测手段都依赖于视觉信息，视觉在晚上或雨雾天气中感知能力大大降低，甚至完全失效；另外，高压电线多跨越在山区，山区雾气也会导致视觉的失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种防破坏预警系统、方法、设备、存储介质及产品，以解决传统技术依赖于视觉信息，而视觉信息易受天气和监控角度影响，导致监测能力差、甚至失效的问题。

2、本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种用于架空输电线的防破坏预警系统，包括雷达组和中央处理器，所述雷达组设于架空输电线的其中一侧铁塔上且位于架空输电线的下方，所述雷达组包括第一雷达、第二雷达和第三雷达；所述第一雷达、第二雷达、第三雷达分别与所述中央处理器连接；所述第一雷达与所述第二雷达位于同一垂直线上，所述第二雷达与所述第三雷达位于同一水平线上；所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的天线阵列均包括水平向的多发多收天线阵列和垂直向的多发多收天线阵列；所述第一雷达和第二雷达所在的垂直线与架空输电线的垂向保持一致，所述第二雷达和第三雷达所在的水平线与架空输电线及其垂向垂直，所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的辐射方向指向架空输电线的另一侧铁塔；

3、所述雷达组中的各雷达，用于在中央处理器的控制下同时向外辐射电磁波信号；对目标反射波进行采样，得到对应雷达的各通道接收到的原始adc数据，并将各雷达的原始adc数据发送给中央处理器；

4、所述中央处理器，用于：

5、向雷达组中的各雷达发送同步脉冲信号，使各雷达同时向外辐射电磁波信号；

6、根据第二雷达的原始adc数据初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域；

7、当初步判断目标进入架空输电线的防护区域时，获取第一雷达与第二雷达时钟不同源导致的第一chip间相位差以及第二雷达与第三雷达时钟不同源导致的第二chip间相位差，根据所述第一chip间相位差对第一雷达的原始adc数据进行相位校准；根据所述第二chip间相位差对第三雷达的原始adc数据进行相位校准；

8、根据第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据计算第二目标垂向距离；根据第二雷达和第三雷达相位校准后的adc数据计算第二目标横向距离；

9、根据雷达组监测到的目标距离和架空输电线的悬链线方程，计算防护区域的垂向范围；

10、根据第二目标垂向距离和第二目标横向距离再次判断目标是否进入架空输电线的防护区域；

11、当再次判断目标进入架空输电线的防护区域时，发出预警信号。

12、进一步地，所述中央处理器用于向雷达组中的各雷达发送同步脉冲信号，具体包括：

13、所述中央处理器同时向所述雷达组中的各雷达发送测试脉冲；

14、所述中央处理器根据接收到的各反馈脉冲之间的时间差，确定中央处理器向雷达组中各雷达发送信号的传输延时；其中，各反馈脉冲是雷达组中的各雷达在接收到所述测试脉冲后，向所述中央处理器发送的脉冲；

15、所述中央处理器根据所述传输延时向雷达组中的各雷达发送同步脉冲信号。

16、进一步地，所述中央处理器用于根据第二雷达的原始adc数据初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域，具体包括：

17、对第二雷达的原始adc数据进行处理，得到第二雷达监测的目标距离、目标水平角以及目标俯仰角；

18、根据第二雷达监测的目标距离和目标水平角计算第一目标横向距离，根据第二雷达监测的目标距离和目标俯仰角计算第一目标垂向距离；

19、根据所述第一目标横向距离和第一目标垂向距离初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域。

20、进一步地，所述第一chip间相位差和第二chip间相位差的获取过程为：

21、在所述第二雷达的正前方设置一测试目标；

22、中央处理器控制所述雷达组中的各雷达同时向所述测试目标辐射电磁波信号；

23、所述雷达组中的各雷达分别将接收到的测试回波信号发送给中央处理器；

24、中央处理器根据各测试回波信号计算雷达组中各雷达对于同一个测试目标的相位；

25、根据第一雷达和第二雷达对于同一个测试目标的相位计算第一雷达与第二雷达的实际相位差；根据第二雷达和第三雷达对于同一个测试目标的相位计算第二雷达与第三雷达的实际相位差；

26、根据第一雷达与第二雷达之间的距离、第二雷达的安装高度以及测试目标与第一雷达和第二雷达之间的直线距离计算测试目标反射波到达第一雷达和第二雷达法线的夹角，进而计算第一雷达与第二雷达的理论相位差；根据第二雷达与第三雷达之间的距离、第二雷达的安装高度以及测试目标与第二雷达和第三雷达之间的直线距离计算测试目标反射波到达第二雷达与第三雷达法线的夹角，进而计算第二雷达与第三雷达的理论相位差；

27、根据第一雷达与第二雷达的实际相位差和理论相位差计算第一雷达与第二雷达的第一chip间相位差；根据第二雷达与第三雷达的实际相位差和理论相位差计算第二雷达与第三雷达的第二chip间相位差。

28、进一步地，所述中央处理器用于根据第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据计算第二目标垂向距离，具体包括：

29、对第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据进行处理，得到第一雷达与第二雷达组合监测的目标距离和目标俯仰角；

30、根据第一雷达与第二雷达组合监测的目标距离和目标俯仰角计算第二目标垂向距离；

31、所述中央处理器用于根据第二雷达和第三雷达相位校准后的adc数据计算第二目标横向距离，具体包括：

32、对第二雷达和第三雷达相位校准后的adc数据进行处理，得到第二雷达和第三雷达组合监测的目标距离和目标水平角；

33、根据第二雷达和第三雷达组合监测的目标距离和目标水平角计算第二目标横向距离。

34、进一步地，所述中央处理器用于根据第二目标垂向距离和第二目标横向距离再次判断目标是否进入架空输电线的防护区域，具体包括：

35、当第二目标横向距离在防护区域的横向范围内，且第二目标垂向距离在防护区域的垂向范围内时，目标进入架空输电线的防护区域。

36、基于同一构思，本发明提供一种用于架空输电线的防破坏预警方法，在所述架空输电线的其中一侧铁塔上设有雷达组，所述雷达组位于架空输电线的下方且包括第一雷达、第二雷达和第三雷达；所述第一雷达、第二雷达、第三雷达分别与中央处理器连接；所述第一雷达与所述第二雷达位于同一垂直线上，所述第二雷达与所述第三雷达位于同一水平线上；所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的天线阵列均包括水平向的多发多收天线阵列和垂直向的多发多收天线阵列；所述第一雷达和第二雷达所在的垂直线与架空输电线的垂向保持一致，所述第二雷达和第三雷达所在的水平线与架空输电线及其垂向垂直，所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的辐射方向指向架空输电线的另一侧铁塔；所述预警方法包括：

37、中央处理器控制所述雷达组中的各雷达同时向外辐射电磁波信号；

38、所述雷达组中的各雷达分别将其各通道接收到的原始adc数据发送给中央处理器；

39、中央处理器根据第二雷达的原始adc数据初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域；

40、当初步判断目标进入架空输电线的防护区域时，中央处理器获取第一雷达与第二雷达时钟不同源导致的第一chip间相位差以及第二雷达与第三雷达时钟不同源导致的第二chip间相位差，根据所述第一chip间相位差对第一雷达的原始adc数据进行相位校准；根据所述第二chip间相位差对第三雷达的原始adc数据进行相位校准；

41、根据第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据计算第二目标垂向距离；根据第二雷达和第三雷达相位校准后的adc数据计算第二目标横向距离；

42、根据雷达组监测到的目标距离和架空输电线的悬链线方程，计算防护区域的垂向范围；

43、根据第二目标垂向距离和第二目标横向距离再次判断目标是否进入架空输电线的防护区域；

44、当再次判断目标进入架空输电线的防护区域时，发出预警信号。

45、进一步地，所述中央处理器控制所述雷达组中的各雷达同时向外辐射电磁波信号，包括：

46、所述中央处理器同时向所述雷达组中的各雷达发送测试脉冲；

47、所述雷达组中的各雷达在接收到所述测试脉冲后，向所述中央处理器发送反馈脉冲；

48、所述中央处理器根据接收到的各反馈脉冲之间的时间差，确定中央处理器向雷达组中各雷达发送信号的传输延时；

49、所述中央处理器根据所述传输延时向雷达组中的各雷达发送同步脉冲信号；

50、所述雷达组中的各雷达同时接收到所述同步脉冲信号，并在所述同步脉冲信号的触发下同时向外辐射电磁波信号。

51、进一步地，中央处理器根据第二雷达的原始adc数据初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域，包括：

52、中央处理器对第二雷达的原始adc数据进行处理，得到第二雷达监测的目标距离、目标水平角以及目标俯仰角；

53、根据第二雷达监测的目标距离和目标水平角计算第一目标横向距离，根据第二雷达监测的目标距离和目标俯仰角计算第一目标垂向距离；

54、根据所述第一目标横向距离和第一目标垂向距离初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域。

55、进一步地，所述第一chip间相位差和第二chip间相位差的获取过程为：

56、在所述第二雷达的正前方设置一测试目标；

57、中央处理器控制所述雷达组中的各雷达同时向所述测试目标辐射电磁波信号；

58、所述雷达组中的各雷达分别将接收到的测试回波信号发送给中央处理器；

59、中央处理器根据各测试回波信号计算雷达组中各雷达对于同一个测试目标的相位；

60、根据第一雷达和第二雷达对于同一个测试目标的相位计算第一雷达与第二雷达的实际相位差；根据第二雷达和第三雷达对于同一个测试目标的相位计算第二雷达与第三雷达的实际相位差；

61、根据第一雷达与第二雷达之间的距离、第二雷达的安装高度以及测试目标与第一雷达和第二雷达之间的直线距离计算第一雷达与第二雷达的理论相位差；根据第二雷达与第三雷达之间的距离、第二雷达的安装高度以及测试目标与第二雷达和第三雷达之间的直线距离计算第二雷达与第三雷达的理论相位差；

62、根据第一雷达与第二雷达的实际相位差和理论相位差计算第一雷达与第二雷达的第一chip间相位差；根据第二雷达与第三雷达的实际相位差和理论相位差计算第二雷达与第三雷达的第二chip间相位差。

63、进一步地，根据第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据计算第二目标垂向距离，包括：

64、对第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据进行处理，得到第一雷达与第二雷达组合监测的目标距离和目标俯仰角；

65、根据第一雷达与第二雷达组合监测的目标距离和目标俯仰角计算第二目标垂向距离；

66、根据第二雷达和第三雷达相位校准后的adc数据计算第二目标横向距离，包括：

67、对第二雷达和第三雷达相位校准后的adc数据进行处理，得到第二雷达和第三雷达组合监测的目标距离和目标水平角；

68、根据第二雷达和第三雷达组合监测的目标距离和目标水平角计算第二目标横向距离。

69、进一步地，所述架空输电线的悬链线方程为：

70、y＝acosh(z/a)；

71、其中，y表示架空输电线上某一点的高度；z表示架空输电线上某一点与架空输电线起点之间的距离；a表示常数；cosh表示双曲余弦函数。

72、进一步地，根据第二目标垂向距离和第二目标横向距离再次判断目标是否进入架空输电线的防护区域，包括：

73、当第二目标横向距离在防护区域的横向范围内，且第二目标垂向距离在防护区域的垂向范围内时，目标进入架空输电线的防护区域。

74、基于同一构思，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序/指令，所述处理器执行所述计算机程序/指令以实现如上所述的防破坏预警方法。

75、基于同一构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上所述的防破坏预警方法。

76、基于同一构思，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上所述的防破坏预警方法。

77、有益效果

78、与现有技术相比，本发明的优点在于：

79、本发明雷达组中的每个雷达均有水平向天线与俯仰向天线，两者极化方向相互垂直，第一雷达与第二雷达组成等效大接收孔径的俯仰向天线阵列，第二雷达与第三雷达组成等效大接收孔径的水平向天线阵列，在解决测角模糊问题的同时，极大地扩大了雷达等效接收孔径，极大地提高了测角精度，纯固态满足形成sar成像的测角精度，进而提高了目标是否进入架空输电线防护区域的判断准确性。同时，本发明不需要机械结构，与视觉传感器相比，具有全天时、全天候的感知能力。

80、本发明通过雷达之间帧同步、chip相参同步，使得雷达组在水平向、俯仰向两个维度上的角度探测，合成为一个等效大孔径的二维雷达阵列，大大提高了雷达的测角精度。

技术特征：

1.一种用于架空输电线的防破坏预警系统，其特征在于，所述系统包括雷达组和中央处理器，所述雷达组设于架空输电线的其中一侧铁塔上且位于架空输电线的下方，所述雷达组包括第一雷达、第二雷达和第三雷达；所述第一雷达、第二雷达、第三雷达分别与所述中央处理器连接；所述第一雷达与所述第二雷达位于同一垂直线上，所述第二雷达与所述第三雷达位于同一水平线上；所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的天线阵列均包括水平向的多发多收天线阵列和垂直向的多发多收天线阵列；所述第一雷达和第二雷达所在的垂直线与架空输电线的垂向保持一致，所述第二雷达和第三雷达所在的水平线与架空输电线及其垂向垂直，所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的辐射方向指向架空输电线的另一侧铁塔；

2.根据权利要求1所述的防破坏预警系统，其特征在于，所述中央处理器用于向雷达组中的各雷达发送同步脉冲信号，具体包括：

3.根据权利要求1所述的防破坏预警系统，其特征在于，所述中央处理器用于根据第二雷达的原始adc数据初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域，具体包括：

4.根据权利要求1所述的防破坏预警系统，其特征在于，所述第一chip间相位差和第二chip间相位差的获取过程为：

5.根据权利要求1所述的防破坏预警系统，其特征在于，所述中央处理器用于根据第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据计算第二目标垂向距离，具体包括：

6.根据权利要求1~5中任一项所述的防破坏预警系统，其特征在于，所述中央处理器用于根据第二目标垂向距离和第二目标横向距离再次判断目标是否进入架空输电线的防护区域，具体包括：

7.一种用于架空输电线的防破坏预警方法，其特征在于，在所述架空输电线的其中一侧铁塔上设有雷达组，所述雷达组位于架空输电线的下方且包括第一雷达、第二雷达和第三雷达；所述第一雷达、第二雷达、第三雷达分别与中央处理器连接；所述第一雷达与所述第二雷达位于同一垂直线上，所述第二雷达与所述第三雷达位于同一水平线上；所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的天线阵列均包括水平向的多发多收天线阵列和垂直向的多发多收天线阵列；所述第一雷达和第二雷达所在的垂直线与架空输电线的垂向保持一致，所述第二雷达和第三雷达所在的水平线与架空输电线及其垂向垂直，所述第一雷达、第二雷达和第三雷达的辐射方向指向架空输电线的另一侧铁塔；所述预警方法包括：

8.根据权利要求7所述的防破坏预警方法，其特征在于，所述中央处理器控制所述雷达组中的各雷达同时向外辐射电磁波信号，包括：

9.根据权利要求7所述的防破坏预警方法，其特征在于，中央处理器根据第二雷达的原始adc数据初步判断目标是否进入架空输电线的防护区域，包括：

10.根据权利要求7所述的防破坏预警方法，其特征在于，所述第一chip间相位差和第二chip间相位差的获取过程为：

11.根据权利要求7所述的防破坏预警方法，其特征在于，根据第一雷达和第二雷达相位校准后的adc数据计算第二目标垂向距离，包括：

12.根据权利要求7所述的防破坏预警方法，其特征在于，所述架空输电线的悬链线方程为：

13.根据权利要求7~12中任一项所述的防破坏预警方法，其特征在于，根据第二目标垂向距离和第二目标横向距离再次判断目标是否进入架空输电线的防护区域，包括：

14.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序/指令，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序/指令以实现如权利要求7~13中任一项所述的防破坏预警方法。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如权利要求7~13中任一项所述的防破坏预警方法。

16.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如权利要求7~13中任一项所述的防破坏预警方法。

技术总结
本发明公开了一种防破坏预警系统、方法、设备、存储介质及产品，所述系统包括第一雷达、第二雷达、第三雷达和中央处理器，第一雷达与第二雷达位于同一垂直线上，第二雷达与第三雷达位于同一水平线上；各雷达在中央处理器的控制下同时向外辐射电磁波信号；中央处理器根据各雷达反馈的原始ADC数据两次判断目标是否进入架空输电线的防护区域；采用第一雷达与第二雷达组合、第二雷达与第三雷达组合来进行第二次判断。发明的第一雷达与第二雷达组成等效大接收孔径的俯仰向天线阵列，第二雷达与第三雷达组成等效大接收孔径的水平向天线阵列，在解决测角模糊问题的同时，极大地扩大了雷达等效接收孔径，极大地提高了测角精度。

技术研发人员：梁璟玥,赖惠镇,徐小策,刘昊,常强
受保护的技术使用者：湖南纳雷科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5