[發明專利]基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201510508919.6
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN105115587A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 王楠;李兆龍;宋思琦;童童;陳如山
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量裝置，其特征在于，包括交流電源、耦合器、功率放大器、驅動放大器、發射天線、接收天線、低噪聲放大器和混頻器，交流電源的輸出端通過耦合器分別接入功率放大器、驅動放大器，功率放大器的輸出端接入發射天線，接收天線的輸出端通過低噪聲放大器接入混頻器的一個端口，驅動放大器的輸出端接入混頻器的另一個端口；

所述交流電源產生射頻信號，經耦合器分成兩路信號，一路射頻信號通過驅動放大器輸入混頻器提供本振信號，另一路射頻信號經功率放大器放大后送入發射天線發射出去形成發射信號，該發射信號至振動的目標建筑結構后產生反射信號，所述反射信號由接收天線接收后經低噪聲放大器放大后送入混頻器；混頻器接收的兩種信號混頻后取下變頻信號，即得到多普勒頻率。

2.根據權利要求1所述的基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量裝置，其特征在于，所述交流電源、耦合器、功率放大器和發射天線組成發射支路，接收天線、低噪聲放大器和混頻器組成接收支路。

3.根據權利要求1所述的基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量裝置，其特征在于，所述交流電源輸出的射頻信號頻率為24.125GHz。

4.根據權利要求1所述的基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量裝置，其特征在于，所述功率放大器、驅動放大器相同，型號均為HMC863LP4E，增益為20dB，插入損耗為11dB，回波損耗為15dB，P1dB為24.5dBm。

5.根據權利要求1所述的基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量裝置，其特征在于，所述低噪聲放大器的型號為HMC517LC4，增益為20dB，噪聲系數為2.6dB,插入損耗為15dB，回波損耗為17dB，P1dB為13dBm。

6.根據權利要求1所述的基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量裝置，其特征在于，所述混頻器的型號為HMC292LC3B，變頻損耗為8dB，1dB壓縮點為13dBm，IIP3為18dBm。

7.一種基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，交流電源產生射頻信號，經耦合器分成兩路信號，一路射頻信號通過驅動放大器輸入混頻器提供本振信號，另一路射頻信號經功率放大器放大后送入發射天線發射出去形成發射信號；

步驟2，發射信號至振動的目標建筑結構后產生反射信號，所述反射信號由接收天線接收后經過低噪聲放大器放大后送入混頻器；

步驟3，混頻器將步驟1和步驟2中接收的兩種信號混頻后取下變頻信號，即得到多普勒頻率；

步驟4，根據多普勒頻率進行處理，得到目標建筑結構的振動頻率。

8.根據權利要求7所述的基于多普勒雷達的高層建筑結構振動頻率測量方法，其特征在于，步驟4中所述根據多普勒頻率進行處理，得到目標建筑結構的振動頻率，具體如下：

所述多普勒頻率f_d即反射信號頻率與發射信號頻率之差，根據多普勒頻率的大小，由f_d＝2V_r/λ可得，目標建筑結構與多普勒雷達的徑向相對運動速度V_r為：

V_r＝λf_d/2

式中，λ為信號波長，λ＝c/f₀，c為光速，f₀為雷達工作的中心頻率，f_d為多普勒頻率；

目標建筑結構在強風作用下的振動為簡諧運動，設目標建筑結構的位移方程為：

式中，A為振幅，ω為振動頻率，為初相位；

簡諧運動的速度v為：

所測多普勒頻率f_d在時間上也成正弦變化，從而得到目標建筑結構的振動頻率ω。