[发明专利]微波多尺度振动与形变测量方法及系统

说明书

本发明提供了一种微波多尺度振动与形变测量方法及系统，包括：步骤1：捕捉目标运动轨迹；步骤2：根据预设轨迹分割法对目标运动轨迹进行分段提取；步骤3：基于分段提取的目标运动轨迹，进行分段相位演变追踪；步骤4：对运动目标进行形变与振动位移反演，得到测量结果。本发明可以解决现有微波振动测量中，对于大幅值、跨越多个距离分辨率的运动难以实现精确形变与振动位移测量的难题。

技术领域

本发明涉及形变与振动测量技术领域，具体地，涉及一种微波多尺度振动与形变测量方法及系统。

背景技术

随着我国工业化进程的进一步发展，以桥梁、建筑为代表的大型工程结构和以航空、航天装备为代表的大展开机械结构的健康监测与智能运维面临着巨大的挑战，其中，形变与振动测量作为结构状态监测的重要技术指标备受关注。一般的，大型结构在外力作用下的响应常出现跨尺度的形变与振动，这对现有测量方法产生了巨大的冲击与挑战。例如，在工程中最常用的加速度计存在低频响应差和位移测量精度低等问题，利用多普勒效应感知目标振速信息的激光多普勒测振仪难以适用于大尺度形变测量，视觉测振技术也同样面临着测试精度低、图像处理复杂和易受测试环境干扰等问题。

近些年来，随着集成芯片和微波感知技术的发展，以连续波雷达为代表的微波振动测量技术受到越来越多学者的关注，并取得了微米量级的振动测量精度。但是受限于微波信号的发射带宽和距离分辨率，现有微波测振方法仅能实现特定距离单元内的振动测量，对于跨越多个距离单元的大尺度形变结构，难以实现精确的形变与振动位移测量。

专利文献CN111609920B(申请号：CN202010403822.X)公开了一种手持式微波测振系统，包括指示与定位模块、微波雷达收发模块、控制模块、信号采集与处理模块、防抖模块、显示与数据保存模块以及电源模块，电源模块用于供电；微波雷达收发模块用于产生并发射单频连续波微波信号，并接收目标散射的电磁回波，得到零中频基带信号；信号采集与处理模块用于采集微波雷达收发模块输出的零中频基带信号，并进行振动信息提取与分析；控制模块用于控制系统的启动与停止、设置参数、控制各模块工作运行和数据传输；防抖模块用于消除手持等抖动对测量结果的影响；指示与定位模块用于辅助指示与定位振动测试目标和/或测点。

然而，现有的微波测振技术受限于微波信号的发射带宽和距离分辨率，难以实现跨尺度、大变形目标的形变与振动测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微波多尺度振动与形变测量方法及系统。

根据本发明提供的微波多尺度振动与形变测量方法，包括：

步骤1：捕捉目标运动轨迹；

步骤2：根据预设轨迹分割法对目标运动轨迹进行分段提取；

步骤3：基于分段提取的目标运动轨迹，进行分段相位演变追踪；

步骤4：对运动目标进行形变与振动位移反演，得到测量结果。

优选的，所述步骤1包括：

步骤1.1，采集微波收发器输出的微波基带差拍信号BS＝[s₁,s₂,…,s_N]，其中，N代表微波发射信号的扫频个数，s_i表示每个扫频周期内采集到的微波基带差拍信号；

步骤1.2，对每个扫频周期的基带差拍信号进行快速傅里叶变换，获取被测目标的距离像信息R_map(t,f)＝FFT[BS]＝[S₁,S₂,…,S_N]，其中，t代表时间，f为快速傅里叶变换后的频率信息；

步骤1.3，以第一个扫频周期距离维信息S₁为基准，其余各扫频周期信号减去S₁，获取环境背景噪声和静态干扰目标消除后的距离像信息