一种基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法，涉及非接触式振动测量技术领域，包括如下步骤：雷达天线正对测量目标放置，然后控制前后移动雷达前端，同时同步采集雷达基带信号，包括I通道输出信号I

A measurement method and system of ultra micro amplitude vibration based on single frequency continuous wave radar

【技术实现步骤摘要】
一种基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法与系统
本专利技术涉及非接触式振动测量
，尤其涉及一种基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法与系统。
技术介绍
振动测量是实现结构力学性能测试、健康监测与故障诊断，及其他微动特征提取的重要途径。按照传感类型可以分为接触式和非接触式振动测量两类，其中非接触式测量在传感器安装简易性、轻质结构测量等方面具有明显优势。基于单频连续波微波雷达的振动测量方法是通过发射一定频率的连续波微波信号，并接收目标反射的电磁回波信号，通过多普勒非线性相位解调实现振动信息提取。针对基于零中频正交输出的单频连续波微波雷达振动测量，常采用反正切解调方法提取振动位移时域信息。该方法需要精确的直流偏移补偿，现有技术常利用正交输出的基带信号进行圆弧拟合与圆心估计实现直流偏移量的估计。然而，针对微幅，特别是超微幅(振动幅度小于载波波长的1/360)振动测量，由于基带信号的相位变化很小，圆弧占比非常小，无法利用圆弧拟合与圆心估计方法准确估计出基带信号的直流偏移量，其估计误差非常大，导致无法进行超微幅振动测量。在实际测量中，由于不可避免的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)雷达天线正对测量目标放置，然后控制前后移动雷达前端，同时同步采集雷达基带信号，包括I通道输出信号I

【技术特征摘要】
1.一种基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)雷达天线正对测量目标放置，然后控制前后移动雷达前端，同时同步采集雷达基带信号，包括I通道输出信号I0(t)和Q通道输出信号Q0(t)；
(2)利用采集的基带信号所述I0(t)和所述Q0(t)进行圆拟合与圆心估计，得到初始化的I/Q通道基带信号直流偏移量估计值；
(3)所述雷达前端保持静止，同步采集所述微波雷达的所述I/Q通道基带信号，并估计所述I/Q通道基带信号随时间变化的漂移量；
(4)从所述I/Q通道基带信号中减去漂移量，并进行低通滤波处理，然后采用反正切解调算法实现目标微振动位移时域信息的提取。


2.如权利要求1所述的基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述雷达前段的移动方法为：
首先控制匀速向前移动λ2，然后再匀速向后移动λ2回到原始位置，其中，λ为所述雷达的发射载波波长。


3.如权利要求1所述的基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中的初始化所述I/Q通道基带信号的直流偏移量DCI0和DCQ0的估计方法为：
设采集的基带信号I0(t)和Q0(t)的离散序列分别为I0[n]和Q0[n]，拟合圆的圆心坐标为(x0,y0)，半径为r，取矩阵A，矩阵m和矩阵B分别为：



通过参数优化估计得到x0和y0的值。


4.如权利要求3所述的基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法，其特征在于，优化估计的方法为：min||Am-B||l2或min||Am-B||l1，其中，min(.)表示最小值运算，||.||l2表示2-范数运算，||.||l1表示1-范数运算，求得x0和y0的估计值后，取DCI0＝x0，DCQ0＝y0。


5.如权利要求1所述的基于单频连续波雷达的超微幅振动测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中的所述I/Q基带信号随时间变化的所述漂移量I_drift(t)和Q_drift(t)求取方法为：
I_drift(t)＝I_trend(t)-mean[I_trend(t)]
Q_drift(t)＝Q_trend(t)-mean[Q_trend(t)]
式中，mean[·]为取平均值运算，所述I/Q基带信号的趋势分量I_trend(t)和Q_trend(t)的求取方法为局部加权线性回归平滑，平滑点数优选为等同于采样频率的...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊玉勇，彭志科，李松旭，任泽生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31