[发明专利]基于多天线毫米波感知的微米级振动检测方法及系统

权利要求书

1.基于多天线毫米波感知的微米级振动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：机械振动的毫米波感知；

步骤二：星座DC偏移纠正；

步骤三：基于AD算法的相位提取和噪声去除；

步骤四：最大比合并算法处理；

步骤五：多天线选择。

2.根据权利要求1所述的基于多天线毫米波感知的微米级振动检测方法，其特征在于，步骤一中机械振动的毫米波感知具体步骤如下：

毫米波感知器发出的FWCM信号x_T(t)为：

其中，A_T是毫米波的振幅，也是传输功率，f_c是FWCM的起始频率，B为信号带宽，T_c是信号调频周期，是噪声；采用多天线传输技术，第m^th发送天线的位置为d_m＝(m-1)d_TX，d_TX为两个发送天线之间的距离，由此第m^th发送天线的发送信号为：

其中，T_r是发送天线之间的转换时间，θ_TX是发送天线和目标之间的夹角；在第n^th接收天线的位置为d_n＝(n-1)d_RX，d_RX为两个接收天线之间的距离，在第n^th接收天线的接收回波信号为：

其中，a_n为目标的反射系数，t_d＝2R(t)/c是目标在距离R(t)之间的时延，θ_RX是接收天线和目标之间的夹角；接收信号与发送信号通过I/Q混频后获得的IF信号表达式如下：

A_mn为(m^th，n^th)天线的接收功率，f_b＝B[(m-1)T_r+t_d]/T_c是中心频率；

基于公式(4)，中频信号进一步进行ADC采样以通过2D-FFT变换获得目标距离像矩阵R，获得相位偏移

Im(t)+dc_i和Re(t)+dc_r分别为距离像的实部和虚部，其中dc_i，dc_r分别为实部和虚部的DC偏移量。

3.根据权利要求2所述的基于多天线毫米波感知的微米级振动检测方法，其特征在于，步骤二中星座DC偏移纠正具体步骤如下：

根据FMCW雷达，为了对目标距离像进行直流补偿，需要将IQ星座移到原点，采用非线性最小二乘估计算法估计星座的中心，经过代数化简转换为线性最小二乘估计如下：

其中，A，b为采样值相关的估计系数，y＝[C Im(C)Re(C)]^T，其中C为IQ星座原点和半径，Im(C)和Re(C)为中心的实部和虚部。

4.根据权利要求3所述的基于多天线毫米波感知的微米级振动检测方法，其特征在于，步骤三中的基于AD的相位提取和噪声去除过程具体如下：

在振动目标的星座DC偏移纠正之后，利用AD算法对提取的相位进行相位展开，以消除大于±π的相移，

未展开的差分相位d(m)会受噪声引起的相位卷绕错误影响，噪声通过计算每个d(m)的前向相移差d(m)-d(m+1)，后向相移差d(m)-d(m-1)去除，如果值超出了特定的门限，d(m)由d_interp(m)内插值替换，d_interp(m)由三点拉格朗日内插值算法求得。