一种用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法技术

本发明专利技术提供一种用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法，包括如下步骤：布置检测所需软硬件条件，设置毫米波雷达设备参数；通过机械运动设备实现毫米波雷达设备对既有建筑幕墙实体进行全面扫描检测；将接收到的包含幅值、相位信息的反射信号及设备定位及姿态信息通过有线或无线网络传输方式实时上传至上位机；上位机调用修正BP算法将反射回波信号转化为成像图。本发明专利技术采用毫米波，具有较好的穿透特性，实现无损检测，并且由于非电离的特性，不会对人体造成伤害；可以重建出三维层析图像，同时提高了重建图形的精度，修正了自由空间重建算法的误差，实现了对传统玻璃、石材等幕墙后的金属连接件的三维成像。材等幕墙后的金属连接件的三维成像。材等幕墙后的金属连接件的三维成像。

【技术实现步骤摘要】
一种用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法


[0001]本专利技术涉及建筑幕墙无损检测
，具体涉及一种用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法。

技术介绍

[0002]随着建筑幕墙的不断应用，建筑幕墙的无损检测变得十分重要。为实现对常见类型的玻璃、石材、铝板等建筑幕墙结构质量进行无损检测和评价，需要对覆盖在石材、结构胶、云石胶、AB胶或玻璃后的金属连接件进行透视成像。
[0003]传统的无损检测方法主要有射线无损检测、超声无损检测、磁粉无损检测、涡流无损检测以及渗透无损检测。射线无损检测中使用的射线对人体有损伤，必须采取防护措施，并且检测周期较长，不能实时得到结果。超声无损检测无法直观的显示物件的缺陷并且难以对缺陷定性和定量，此外测试过程中还需要使用耦合剂。磁粉无损检测与涡流无损检测只能检验物体表面和近表面的缺陷以及渗透无损检测只能用于致密材料的表面开口缺陷检验，对被检表面光洁度有较高要求，都不适用需要穿透成像的建筑幕墙检测。
[0004]因此，需要提供一种新的设备解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：
[0007]本专利技术提供一种用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法，包括如下步骤：
[0008]S1，布置检测所需软硬件条件，设置毫米波雷达设备参数；
[0009]S2，通过机械运动设备实现毫米波雷达设备对既有建筑幕墙实体进行全面扫描检测；
[0010]S3，将接收到的包含幅值、相位信息的反射信号及设备定位及姿态信息通过有线或无线网络传输方式实时上传至上位机；
[0011]S4，上位机调用修正BP算法将反射回波信号转化为成像图。
[0012]进一步的，步骤S1具体实现方式为：
[0013]所用软硬件包含毫米波雷达设备、设置雷达检测参数的软件、机械运动设备及控制定位软件，将机械运动设备与毫米波雷达设备连接，并布置在待检测的既有建筑幕墙周围，设置检测参数，完成扫描准备工作。
[0014]进一步的，步骤S2具体实现方式为：
[0015]通过机械运动设备，携带集成后的毫米波雷达设备的综合孔径天线对准待测建筑幕墙，使其按照设定平行于建筑幕墙平面的方向进行步进移动及采集，使整套设备进行平行于墙面的二维运动，实现对整片幕墙的扫描。
[0016]进一步的，步骤S3具体实现步骤为：
[0017]将毫米波天线接收的反射回波信号，设备姿态及定位数据信息通过有线或无线网络实时传输至上位机，完成既有建筑幕墙待检测部位的采集、传输工作。
[0018]进一步的，步骤S4中上位机调用修正BP算法完成反射信号的处理并转化为成像图具体过程如下：
[0019]S41、首先忽略建筑幕墙中的遮挡层，雷达回波模型则是自由空间中的回波模型：
[0020][0021]其中(x
′
,y
′
,z
′
)为毫米波天线的位置，(x,y,z)为空间中散射点的位置，k＝2πf/c为毫米波信号的波数，积分中指数项表示毫米波信号在自由空间中的相位变化，o(x,y,z)为成像物体的反射率分布函数；
[0022]S42、对应于公式
①
，考虑两层介质的平面分层情况，其折射现象的二维分析为，z
r
′
为分层平面的位置，(x
′
,y
′
,z
′
)为毫米波天线的位置，(x0,y0,z0)为散射点的位置，x
r
′
为毫米波信号的入射点，x
min
′
为未发射折射现象时的入射点，x
max
′
为发生折射情况的最远入射点，n1，n2分别为介质的折射率，
[0023]根据折射定律
‑
斯奈尔定律，可得：
[0024]n1sin(α)＝n2sin(β)
②
[0025]S43、将公式
②
中的角度替换之后得：
[0026][0027]通过公式
③
即可以求解出入射点的位置值x
r
′
；
[0028]或，根据经验性结论，将x
max
′
和x
min
′
的平均值作为入射点的位置值x
r
′
，即
[0029][0030]S44、通过公式
③
、
④
，两层介质平面分层情况的回波公式归纳为：
[0031][0032][0033]S45、基于公式
⑤
，得出修正折射现象引起的相位变化的修正BP成像算法，考虑已
知须穿透的建筑幕墙材料的介电特性情况下的，修正BP成像算法为：
[0034][0035]公式
⑥
可以看出积分是关于k的逆傅里叶变换，因此可以使用傅里叶变换简化为：
[0036][0037]进一步的，修正BP算法的实现流程为：
[0038]i.将采集的回波数据在波数域进行逆傅里叶变换，得到时空域信号；
[0039]ii.对于每个目标空间点分别并行计算，加速算法实现过程；
[0040]iii.通过公式
③
、
④
分别计算空间点与每个天线之间的光程，公式
③
、
④
对应于两层介质的平面分层情况，在已知分层介质的位置以及折射率的情况下，根据分层介质情况的不同，光程的计算也会相应的改变；
[0041]iv.根据公式
⑦
，最后将每个天线相应的回波数据叠加得到空间点的重建结果。
[0042]采用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：
[0043]1.采用毫米波，具有较好的穿透特性，实现无损检测，并且由于非电离的特性，不会对人体造成伤害，同时由于频率较高，也具有较高的成像分辨率，分辨率通常在毫米量级；
[0044]2.相对于传统的无损检测技术，具有穿透成像的能力，可以重建出三维层析图像，同时提高了重建图形的精度，修正了自由空间重建算法的误差，实现了对传统玻璃、石材等幕墙后的金属连接件的三维成像。
附图说明
[0045]图1是建筑幕墙的毫米波雷达近场三维成像测试结构；
[0046]图2是毫米波信号折射现象的二维示意图；
[0047]图3是修正BP算法流程图；
[0048]图4是本专利技术整体流程图。
具体实施方式
[0049]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描
述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，布置检测所需软硬件条件，设置毫米波雷达设备参数；S2，通过机械运动设备实现毫米波雷达设备对既有建筑幕墙实体进行全面扫描检测；S3，将接收到的包含幅值、相位信息的反射信号及设备定位及姿态信息通过有线或无线网络传输方式实时上传至上位机；S4，上位机调用修正BP算法将反射回波信号转化为成像图。2.根据权利要求1所述的用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法，其特征在于，步骤S1具体实现方式为：所用软硬件包含毫米波雷达设备、设置雷达检测参数的软件、机械运动设备及控制定位软件，将机械运动设备与毫米波雷达设备连接，并布置在待检测的既有建筑幕墙周围，设置检测参数，完成扫描准备工作。3.根据权利要求1所述的用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法，其特征在于，步骤S2具体实现方式为：通过机械运动设备，携带集成后的毫米波雷达设备的综合孔径天线对准待测建筑幕墙，使其按照设定平行于建筑幕墙平面的方向进行步进移动及采集，使整套设备进行平行于墙面的二维运动，实现对整片幕墙的扫描。4.根据权利要求1所述的用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法，其特征在于，步骤S3具体实现步骤为：将毫米波天线接收的反射回波信号，设备姿态及定位数据信息通过有线或无线网络实时传输至上位机，完成既有建筑幕墙待检测部位的采集、传输工作。5.根据权利要求1所述的用于建筑幕墙检测的毫米波近场高精度三维成像方法，其特征在于，步骤S4中上位机调用修正BP算法完成反射信号的处理并转化为成像图具体过程如下：S41、首先忽略建筑幕墙中的遮挡层，雷达回波模型则是自由空间中的回波模型：其中(x
′
,y
′
,z
′
)为毫米波天线的位置，(x,y,z)为空间中散射点的位置，k＝2πf/c为毫米波信号的波数，积分中指数项表示毫米波信号在自由空间中的相位变化，o(x,y,z)为成像物体的反射率分布函数；S42、对应于公式
①
，考虑两层介质的平面分层情况，其折射现象的二维分析为，z
r
′
为分层平面的位置，(x
′
,y
′
,z
′
)为毫米波天线的位置，(x0,y0,z0)为散射点的位置，x
r
′
为毫米波信号的入射点，x

【专利技术属性】
技术研发人员：高杰，高崇亮，周宇轩，蔡饶，曹亚军，
申请(专利权)人：中建深圳装饰有限公司，
类型：发明
国别省市：