[发明专利]超精密渡越时间测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种超精密渡越时间测量方法及系统，该方法包括：按照测量规则要求同时生成由多个中心频率合成的参考信号；并行接收由多个中心频率合成的参考信号，解算各个参考信号的相位；将多个参考信号的相位转换为参考信号从发射端到接收端的渡越时间；将测量到的多个参考信号的渡越时间转换为唯一的高精度渡越时间。本发明利用瞬时超宽带射频技术的瞬时超宽带处理能力，按照特定的规则同时生成由多个中心频率合成的参考信号，在空间形成瞬时超宽带参考信号，从而形成超精密渡越时间测量能力，能够超高精度低成本地测量参考信号从发射端到接收端的渡越时间。

技术领域

本发明涉及无线信息系统技术领域，特别是涉及一种超精密渡越时间测量方法及系统。

背景技术

伴随着信息化技术的不断发展和城市化进程的不断深入，建筑安全、交通安全、环境安全、基础设施安全等已经成为事关经济、民生、国防安全等国家安全的重要支柱，组成了国家安全的重要基础。采用无线信息系统技术和装备对建筑、交通、环境、基础设施等的运行时间、位置、运动速度、加速度、位移和形变等进行检测和监视，是构成建筑、交通、环境、基础设施等安全运行的技术基础。

以桥梁安全为例，对桥梁结构进行监测和诊断，并及时进行损伤评估和安全预警已成为桥梁建设的必然要求。桥梁在长期的使用过程中，由于环境侵蚀、材料老化和日益加重的交通量及重车、超重车过桥数量的不断增加，导致桥梁结构损伤和功能退化。从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下导致灾难事故发生，造成重大的人员伤亡和财产损失。为了保障桥梁结构在营运期间的承载能力、耐久性和安全性，对已建成和在建大型桥梁结构进行健康监测非常重要。

桥梁结构健康监测包含局部监测和整体监测两类。在局部监测方面，可采用光纤、压电智能材料和传感元件，例如光导纤维、电阻应变丝、疲劳寿命丝、压电材料、碳纤维、半导体材料和形状记忆合金等。它们采用表面附着或埋入的方式感知结构的重要部位和重要构件，获取反映局部结构特性的参数信号。在整体监测上，常用的动态变形监测方法有加速度计方法、摄影测量方法、激光扫描测量方法、地面微波干涉雷达方法、GNSS测量方法、RTS测量方法。加速度计方法通过两次积分加速度获得动态位移，但该方法一直受到质疑，主要是积分过程中产生趋势项，无法测量长周期的准静态位移。摄影测量方法是采集监测目标的影像或视频，通过记录、量测和分析等步骤来获取监测目标的动态位移。三维激光扫描方法是通过高速激光来扫描监测目标，大面积高分辨率快速获取监测目标表面三维坐标数据。摄影和激光扫描测量方法的共同缺点是测程较短，当视距增加时，测量精度迅速降低。随着高采样率GNSS接收机的出现，GNSS接收机在结构健康监测领域得到了应用，然而，GNSS平面和高程测量精度局限在10-20mm范围内，该精度制约GNSS监测技术的发展。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的在于提出一种超精密渡越时间测量方法，以解决现有技术测量精度低的问题。

一种超精密渡越时间测量方法，包括：

按照测量规则要求同时生成由多个中心频率合成的参考信号；

并行接收由多个中心频率合成的参考信号，解算各个参考信号的相位；

将多个参考信号的相位转换为参考信号从发射端到接收端的渡越时间；

将测量到的多个参考信号的渡越时间转换为唯一的高精度渡越时间。

根据本发明提供的超精密渡越时间测量方法，利用瞬时超宽带射频技术的瞬时超宽带处理能力，按照特定的规则同时生成由多个中心频率合成的参考信号，合成瞬时超宽带参考信号，从而形成超精密渡越时间测量能力，能够超高精度低成本地测量参考信号从发射端到接收端的渡越时间，并基于此时间信息，可以进一步计算得出收发端所依附载体的运动速度、加速度、位移、位置和形变，可广泛应用于对建筑、交通、环境、基础设施等的运行时间、位置、运动速度、加速度、位移和形变等进行超高精度检测和监视。本发明的时间测量精度可以达到皮秒量级，对应的位移测量精度可以达到亚毫米级，具有广阔的军事和民用应用前景。