[发明专利]基于LFMCW雷达的振动监测系统与信号处理方法

权利要求书

1.一种基于LFMCW雷达的振动监测系统，其特征在于，包括：

雷达收发器，用于产生雷达发射波，并接收散射回来的回波，通过放大、混频及滤波处理得到中频基带差拍信号；

调谐信号发生器，用于产生周期性的线性调制波电压信号，以控制雷达收发器产生线性调频的发射波；

数据采集模块，用于对I通道和Q通道的中频基带差拍信号和调制波信号进行ADC数据采集；

信号处理模块，用于对中频基带差拍信号进行信号处理，估计每个扫频周期时间内差拍信号的初始相位，提取振动位移时域信息；

显示与分析模块，用于显示检测目标的振动位移时域信息并进行分析处理，实现状态监测与故障诊断的目的。

2.根据权利要求1所述的基于LFMCW雷达的振动监测系统，其特征在于，所述雷达收发器包括压控振荡器、功率分配器、功率放大器、低噪声放大器、正交混频器、低通滤波器、发射天线和接收天线，其中所述压控振动器与所述功率分配器相连，所述功率分配器与所述功率放大器相连，所述功率放大器与所述发射天线相连，信号由所述压控振荡器产生，经过所述功率分配器进行分配，一路信号经过所述功率放大器进行放大，通过所述发射天线向空间发射电磁波，另一路信号传输至与所述功率分配器相连的所述正交混频器；所述接收天线与所述低噪声放大器相连，所述低噪声放大器产生的放大信号流向所述正交混频器，与所述功率分配器流出的信号进行正交混频，混频后的信号流向所述低通滤波器。

3.根据权利要求1所述的基于LFMCW雷达的振动监测系统，其特征在于，所述的信号处理模块包括：信号预处理单元、差拍频率估计单元、相位估计单元和振动位移提取单元，其中所述信号预处理单元与所述差拍频率估计单元连接，所述差拍频率估计单元与所述相位估计单元连接，所述相位估计单元与所述振动位移提取单元连接。

4.根据权利要求1所述的基于LFMCW雷达的振动监测系统，其特征在于，所述数据采集模块对I通道和Q通道的中频基带差拍信号和线性调制波电压信号进行同步采样；或者所述数据采集模块由线性调制波电压信号提供同步信号，触发同步采集I通道、Q通道基带信号。

5.一种基于LFMCW雷达振动监测的信号处理方法，是根据权利要求1至4任一项所述的基于LFMCW雷达的振动监测系统实现的，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：截取每个扫频周期时间内的有效基带差拍信号，结合截取的I通道信号I(t)和Q通道信号Q(t)生成复差拍信号S_B(t)，其中S_B(t)＝I(t)+j*Q(t)，式中j为虚数单位；

步骤2：对复差拍信号的频率f_b进行估计；

步骤3：对截取的每个扫频周期时间内的复差拍信号进行初始相位估计；

步骤4：对估计的初始相位时间序列进行相位跳变纠正处理；

步骤5：根据得到的初始相位时间序列，推算出振动位移时域信息。

6.根据权利要求5所述的基于LFMCW雷达振动监测的信号处理方法，其特征在于，所述步骤1中的有效基带差拍信号以调制波信号为同步信号。

7.根据权利要求5所述的基于LFMCW雷达振动监测的信号处理方法，其特征在于，所述步骤2中对差拍信号的频率f_b的估计方法为快速傅里叶变换，如下式所示：

式中：为差拍频率估计值，表示寻找取得最大值的参数f的运算，f的取值范围为0到f_s/2，f_s为采样频率，abs(·)表示复数幅值运算，表示快速傅里叶变换运算。