[发明专利]一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法

说明书

本发明提供了一种基于FMCW毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，包括以下步骤：步骤一，雷达接收目标反射的回波信号，处理后进行经离散化采样生成复信号序列；步骤二，将复信号序列进行分割、重排得到复信号矩阵；步骤三，圆拟合并估计参数，校正复信号；步骤四，提取校正后复信号矩阵相位信息；步骤五，帧间相位跳变处理；步骤六，得到结构动态变形时域信号。本发明利用FMCW毫米波雷达进行结构动态变形的非接触式测量，准确估计目标所处的距离单元并提取相位信息，进而将相位变化转换为动态变形量，通过一发多收的模式，提高测量精度。同时本方法滤除了信号中的直流分量、抑制了测量时由帧间相位跳变所引起的测量误差。

技术领域

本发明涉及结构动态变形测量领域，具体是一种基于FMCW毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法。

背景技术

结构动态变形广泛存在于生产生活中，其作为一种健康监测和故障诊断领域中重要的监测指标备受人们关注。一般的，在结构动态变形监测中最常采用的是加速度计、位移计等接触式测量仪表，但接触式测量仪表有时会受到现场条件的限制，如：空间较小、空间密闭等，不便于设备安装，且当监测对象为机械设备时，有时由于机械设备自身运行时会产生较多的热量，会对接触式测量仪表测量精度产生较大影响，不能准确得出结构动态变形量。

雷达是一种低成本的非接触式测量手段，能够在中短程距离内实现距离的测量。毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的优点，同时毫米波对烟雾、灰尘的穿透力更强，具有全天时全天候的测量能力。

FMCW毫米波雷达通过发送和接收调频连续波，经过信号处理，能够将不易被雷达直接感知的微小变形间接由易被雷达感知的相位变化表达出来，从而测得结构的动态变形量。目前毫米波雷达已经初步用于生命体征监测领域和结构健康监测领域。但是由于雷达基带信号受到杂波影响，会产生一定的偏移现象，此外系统发射调频连续波时，帧间有可能存在相位的突变，这会对测量精度产生影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，包括以下步骤：

S1、雷达接收目标反射的回波信号，处理后进行离散化采样生成复信号序列；

S2、将复信号序列进行分割、重排得到复信号矩阵；

S3、圆拟合并估计参数，校正复信号；

S4、提取校正后复信号矩阵相位信息；

S5、帧间相位跳变处理；

S6、得到结构动态变形时域信号。

优选的，所述S1中对回波信号进行正交混频并取下变频信号获取复信号序列，可用幅值相同、相位差为90°的两正交信号、表示，记为：

式中，是复信号序列，表示复信号序列中的同向信号，表示复信号序列中的正交信号，表示虚数单位。

优选的，所述S2中对复信号序列进行分割、重排得到复信号矩阵的方式为：

对单个天线数据，以帧为处理单元，共分割为段，每段数据量为，重排后的复信号矩阵形式为，对于多天线数据，按照使用天线数，重复单天线数据处理方法，重排后复信号矩阵形式为；

其中，为发射帧数，为每帧包含的啁啾信号数，为每个啁啾信号中采样点数，为使用接收天线数。

优选的，所述S3中圆拟合并估计参数，校正复信号的方法为：