使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法技术方案

公开了使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法。根据有关实施方式，监测结构对象的方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；从第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及基于所提取的第一干涉相位而确定结构对象的结构完整性。

System and Method for Monitoring Structural Objects Using Millimeter Wave Radar Sensors

【技术实现步骤摘要】
使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法
本专利技术总体上涉及一种系统和方法，并且在特定实施方式中，涉及使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法。
技术介绍
由于诸如硅锗(SiGe)和精细几何互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的低成本半导体技术的快速发展，在毫米波频率范围中的应用在过去几年中获得了显著的关注。高速双极型和金属氧化物半导体(MOS)晶体管的可用性使得对用于60GHz、77GHz和80GHz还有超过100GHz的毫米波应用的集成电路的需求不断增长。这些应用包括例如机动车辆雷达系统和多吉比特通信系统。在一些雷达系统中，通过发送调频信号、接收调频信号的反射以及基于调频信号的发送和接收之间的时间延迟和/或频率差来确定距离，从而确定雷达与目标之间的距离。因此，一些雷达系统包括发射RF信号的发射天线、接收RF信号的接收天线以及用于生成所发射的信号和接收RF信号的相关RF电路。在一些情况下，可以使用多个天线以使用相控阵列技术实现定向波束。具有多个芯片集或多通道芯片的MIMO配置也可以用于执行相干和非相干信号处理。
技术实现思路
根据实施方式，一种监测结构对象的方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；从第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及基于所提取的第一干涉相位确定结构对象的结构完整性。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在参考结合附图所做的以下描述，在附图中：图1A示出了根据实施方式的基于雷达的结构监测系统的框图；图1B示出了根据实施方式的结构监测方法的框图；图1C示出了根据实施方式的毫米波传感器模块的框图；图2A示出了毫米波雷达传感器系统的框图；图2B-2D示出了根据实施方式的毫米波传感器电路的平面图；图2E-2H示出了用于放置毫米波雷达传感器的根据各种实施方式的配置；图3A-3C示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测桥梁的系统；图4示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测建筑物的系统；图5示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测风力涡轮机的系统；图6A和6B示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测大型民用结构的系统；图7A-7D示出了使用根据实施方式的基于毫米波的雷达系统来监测电线杆和/或路灯的结构完整性的系统；图8A示出了根据实施方式的方法的框图；图8B-8F示出了描述图8A的根据实施方式的方法的各步骤的说明性支持图；以及图9是可以用于实现根据实施方式的结构对象监测系统的各部分的处理系统的框图。除非另有指示，否则在不同附图中的相应附图标记通常指代对应的部分。附图被绘制以清楚地说明优选实施方式的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施方式，指示相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以跟在图号之后。具体实施方式下面详细讨论了当前优选实施方式的实现和使用。然而，应当理解，本专利技术提供了可以在多种特定上下文中实施的许多适用的专利技术构思。所讨论的特定实施方式仅说明实现和使用本专利技术的特定方式，而不限制本专利技术的范围。将相对于特定背景——即使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法——下的优选实施方式来描述本专利技术。本专利技术还可以应用于监测物理结构的状态的其他基于RF的系统和应用。通过使用物理地连接到桥梁的加速度计、应变仪和线性可变差动变压器(LVDT)来常规地执行桥梁的结构健康监测。在某些情况下，执行桥梁的结构健康监测可能暂时地限制桥梁的使用，以便技术人员能够进入桥梁的结构构件。执行结构测试所涉及的工作可能相当危险、耗时且昂贵。在本专利技术的实施方式中，一种雷达系统被用于使用干涉测量技术来监测诸如桥梁、建筑物、水坝、发电厂和风力涡轮机的结构对象的物理完整性，该干涉测量技术涉及按波信号的一部分工作波长的顺序来检索波信号传播路径的变化。例如，毫米波雷达传感器执行结构对象的雷达测量，并且根据雷达测量确定干涉相位。这些雷达测量可以包括例如正被测量的结构对象的距离数据(rangedata)、速度数据和角度数据。结构对象的偏斜和/或振动与干涉相位有关。在一些实施方式中，可以以从亚毫米到微米移位幅度的精度、以慢时间跟踪干涉相位的变化。在各种实施方式中，一个或更多个毫米波雷达传感器可以被永久地置于结构对象上或结构对象附近，以使得能够连续评估结构对象的结构完整性。如果计算的偏斜和/或振动超过预定阈值，则可以发送消息以警告负责人员采取校正动作。图1A示出了基于雷达的结构监测系统100的框图。如图所示，基于雷达的结构监测测量系统100包括毫米波雷达传感器102以及处理器104，处理器104控制毫米波雷达传感器102的工作并且对毫米波雷达传感器102所产生的数据执行各种雷达信号处理操作。在工作期间，毫米波雷达传感器102发送由结构对象106反射的毫米波RF信号。虽然结构对象106在图中被描绘为桥梁，但是应当理解，对象106可以是诸如桥梁、建筑物、发电厂、水坝、风力发电机、电线杆和路灯的各种结构对象之一。反射的信号由毫米波雷达传感器102接收并转换成数字表示，并且由处理器104处理以确定例如结构对象的形状是否已经变形。该处理的结果产生指示结构对象106的结构健康的各种数据(由信号DATA表示)。虽然图1A中仅示出了单个毫米波雷达传感器102，但是应当理解，可以使用多个毫米波雷达传感器监测结构对象106。图1B示出了根据实施方式的使用毫米波雷达传感器监测结构对象的方法110的框图。在步骤112中，使用诸如图1A所示的毫米波雷达传感器102的一个或更多个毫米波传感器生成高分辨率雷达距离像(rangeprofile)。在各种实施方式中，该高分辨率雷达距离像可以具有也称为距离门(rangegate)的距离阵列以及与每个距离或距离门相关联的幅度和相位的形式。显示最高幅度的距离门通常与特定对象和毫米波雷达传感器之间的距离相关联。毫米波雷达传感器的视场内的一个或多个对象的多个结构特征可以显现为与其他距离门相比的较高幅度的距离门。在步骤114中，对应于结构对象的可能特征的显示最高幅度的距离门被识别用于进一步处理；并且在步骤116中，针对所识别的距离门或特征中的一个或更多个来提取干涉相位。在一些实施方式中，基于来自多个毫米波雷达传感器的输入使用一组多普勒滤波器来确定该干涉相位。在步骤120中，通过将干涉相位与预定阈值进行比较来分析在步骤116中生成的干涉相位，该预定阈值可以根据正被监测的特定结构的特定安全性和维护要求来设置。在利用一组多普勒干涉滤波器的实施方式中，可以将每个滤波器的每个输出与各个阈值进行比较。在一些实施方式中，可以将由每个毫米波雷达传感器监测的各种特征的干涉相位的加权和或平均值与阈值进行比较。如果超过预定阈值，则在步骤122中，可以经由耦接到通信信道的数字接口发送警告消息和/或可以采取校正动作。这种校正动作可以包括例如结构对象的进一步分析、结构对象的修复或校正性安全措施。例如，如果正被监测的桥梁显示出指示桥梁不安全的变形迹象，则桥梁可能被关闭交通，直到评估情况并进行修复为止。图1C示出了可以用于实现根据实施方式的基于雷达的结构监测系统的传感器模块130的框图。在各种实施方式中，传感器模块130的一个或更多个实例可以被定位在正被监测的结构对象的范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测结构对象的方法，所述方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；从所述第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及基于所提取的第一干涉相位而确定所述结构对象的结构完整性。

【技术特征摘要】
2017.12.22 US 15/852,9071.一种监测结构对象的方法，所述方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；从所述第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及基于所提取的第一干涉相位而确定所述结构对象的结构完整性。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：测量所述第一毫米波雷达传感器的运动；以及调整所述第一组雷达数据以补偿所测量的所述第一毫米波雷达传感器的运动。3.根据权利要求2所述的方法，其中，测量所述第一毫米波雷达传感器的运动包括：使用物理地附接到所述第一毫米波雷达传感器的第一加速度计。4.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述第一组雷达测量包括：使用所述第一毫米波雷达传感器的天线阵列对波束整形。5.根据权利要求1所述的方法，其中，提取所述第一干涉相位包括：根据所述第一组雷达数据而确定第一组距离门；以及使用多普勒干涉滤波器对所述第一组距离门进行滤波。6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述结构对象的结构完整性包括：将所述第一干涉相位与阈值进行比较。7.根据权利要求5所述的方法，其中：所述多普勒干涉滤波器包括被配置成产生多个第一干涉相位的多个多普勒干涉滤波器；以及确定所述结构对象的结构完整性包括：将所述多个第一干涉相位与相应的多个阈值进行比较以产生第一组阈值结果。8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述结构对象的结构完整性还包括：计算所述第一组阈值结果的加权和。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述加权和超过第二阈值的情况下，发送警告消息。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用第二毫米波雷达传感器执行第二组雷达测量以产生第二组雷达数据；以及从所述第二组雷达测量中提取第二干涉相位，其中，确定所述结构对象的结构完整性还包括：基于所述第二干涉相位而确定所述结构对象的结构完整性。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一毫米波雷达传感器和所述第二毫米波雷达传感器相对于所述结构对象具有不同的视线，并且所述方法还包括：基于所述第一干涉相位和所述第二干涉相位而确定所述结构对象的二维移位历史。12.根据权利要求10所述的方法，其中：提取所述第一干涉相位包括：根据所述第一组雷达数据而确定第一组距离门，以及使用第一多个多普勒干涉滤波器对所述第一组距离门进行滤波；提取所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿维克·桑特拉，贾格吉特·辛格·巴尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE