CNR200Pro 4D成像雷达电力线应用
1 CNR200Pro 4D成像雷达
CNR200Pro是一款采用多芯片级联、多天线稀疏二维面阵结构、FMCW体制的高分辨4D点云成像毫米波雷达。产品采用MIMO技术，实时感知探测区域内的环境目标，可输出静态和动态目标的距离、速度、水平角度和俯仰角度信息，具有实时性强、误报率低、探测距离远、目标定位精准、全天时全天候工作等特点。产品可为输电线路通道内的外破监测提供包括外破机械目标、异线异物、树障等异常目标相对空间坐标信息，确定外破隐患，保障输电通道安全。
具体应用场景示意如下：
图1 CNR200Pro 4D成像雷达在输电线路通道外破监测中的应用示意图
对应的雷达空间探测示意图如下：
图2 CNR200Pro 4D成像雷达空间探测示意图
如上图所示，雷达安装于铁塔某处，雷达法线方向为经过雷达原点，分别垂直和平行于雷达安装面的两个面的交线，雷达法线的俯仰角度和水平角度均为0°。雷达的左边为雷达探测示意的侧视图，右边为雷达探测示意的俯视图。当目标在俯仰维度上超过雷达法线高度，目标位于雷达上方，俯仰角度大于0°，反之目标位于雷达下方，俯仰角度小于0°；当目标在水平维度上处于雷达法线的左侧，目标位于雷达左侧，水平角度小于0°，反之目标位于雷达右侧，水平角度大于0°。上图中，目标1处于雷达空间中的左上方，目标2处于雷达空间中的右下方。
产品关键参数如下：
表1 CNR200Pro 4D成像雷达关键参数
Ø智能：FMCW 体制，智能算法，主动学习适应环境，立体波束，打造空间立体防护网，识别监 控区域内环境目标；产品功能特性：
Ø成像：具备4D点云成像实时输出能力，可输出包括静止、运动目标的所有点云信息，最大输出 点云数量20万/秒；
Ø主动：雷达发射电磁波束，接收目标反射回波进行数字信号处理算法识别，主动联系，长期稳 定工作，并提供入侵目标距离、水平/俯仰角度、速度等信息显示，目标4D 点云立体成像信息；
Ø精准：采用MIMO 虚拟口径，DBF 数字波束合成，TBD等多项先进的数字信号处理技术，测角、测距精度高，目标检测率>99.9%；
Ø高灵敏性：采用高性能杂波抑制和目标检测算法，可实现虚警控制的同时保证对静止目标的有效检测；
Ø探测距 离远：基于远距离弱目标信号检测算法和环境感知的智能发射波形，实现电力线传输通 道350m*80m（平均）空间大范围的防外破监测；
Ø雷视融合可开发性高：4D成像雷达提供环境静动目标成像信息，可用于视觉预学习和报警判断，实现雷达与视觉的信号级融合，在保证检测概率的基础上，最大程度杜绝误报；
Ø 复杂环境适应力强：智能算法、主动学习、虚警管理，可根据不同场景特性，一键选择雷达算 法，使雷达能更高效的匹配应用；
2 测试情况
2.1 显控软件
（a）4D雷达显控软件界面俯视视角
(b) 雷达显控软件界面侧视视角
图3 显控界面展示
2.2 树顶测试
图4树顶测试现场安装示意图
如上图所示，将CNR200Pro架设于高处，雷达法线方向大致平行于地面，前方的树木目标基本处于雷达法线方向下方，俯仰角度小于0°。
（a）显控软件俯视视角
（b）显控软件侧视视角
图5树顶测试结果
如上图所示，CNR200Pro 4D成像雷达输出的点云信息，可以精确的描绘出雷达前方树木的相对空间位置，包括树木相对雷达所处的水平位置和俯仰位置。以雷达法线方向为准，前方树木的树顶均处于雷达法线以下。
为进一步体现雷达对树顶的俯仰测试能力，调节雷达俯仰安装位置，使雷达下倾，此时雷达法线方向也会相对下倾，则原本处于雷达下方的目标可能会出现在雷达法线上方。
图6树顶测试雷达下倾现场安装示意图
图7雷达下倾树顶测试结果
如上图，当雷达安装位置下倾后，雷达法线方向也不再平行于地面，呈现出相对下倾的状态，此时，从雷达的视角来看，原本处于相对雷达下方的树木，会随着雷达倾角变化，移到处于相对雷达上方位置（具体情况可对比图5）。
为更佳地呈现雷达对树木的探测能力，选择如下测试场景。
图8雷达前方树顶测试现场图
对应的测试结果如下：
图9 雷达前方树顶测试结果
上述测试情况，可反馈出CNR200PRO 4D成像雷达优越的俯仰探测能力，可对静态树丛的顶部相对雷达的高度准确判断，有效避免树障对输电通道线路的影响。
2.3 塔吊测试
图10 塔吊测试实际环境
如上图所示，将CNR200Pro 4D成像雷达架设于高处，雷达法线方向大致平行于地面。塔吊具有一定高度，贯穿雷达俯仰维度，即塔吊部分既有在雷达上方的，也有在雷达下方的，同时由于塔吊特殊结构（有较长横臂），也会贯穿雷达水平维度。
（a）显控软件俯视视角
（b） 显控软件侧视视角
图11 塔吊测试结果
如上图所示，从显控软件俯视视角中可以看出，塔吊距离雷达约200m左右，通过CNR200Pro 4D成像雷达可以基本呈现出塔吊的轮廓，包括塔身和臂架。从显控软件侧视视角中可以看出，塔身的约一半部分在雷达下方，塔身的上半部分和臂架在雷达上方，前方其他障碍物基本都在雷达正下方，符合现场实际情况。
2.4 吊车测试
图12吊车实际测试环境
为验证CNR200Pro 4D成像雷达对如吊车等工程车辆的检测能力，布置如上图实际测试环境，吊车位于雷达正前方，为保证雷达波束在俯仰维度完全覆盖吊车高度，将雷达稍微上扬，此时雷达法线方向上倾，吊车有部分位于雷达法线上方，有部分位于雷达法线下方。
图13吊车测试效果
从上图可以看出，CNR200Pro 4D成像雷达基本可描绘出吊车的轮廓，其中对于吊绳等弱目标也能很好的检测。通过成像技术，可感知环境目标的形态，有效监测外破目标最顶端与雷达法线距离，从而更准确的判断外破目标对输电线路通道带来的威胁。