[發明專利]一種基于多普勒雷達的非接觸式振動測量方法

有效

• 申請號: 201610794768.X
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106644030B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 彭志科;熊玉勇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于多普勒雷達的非接觸式振動測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、正對被測振動對象發射連續波形式的單頻微波，并接收被振動運動調制后的雷達回波；

S2、對回波信號進行放大、濾波、正交混頻并取下變頻信號得到兩路基帶信號I(t)和Q(t)；

S3、對基帶信號進行數據采集，以獲取離散數字信號I[n]和Q[n]；

S4、對所獲取的離散基帶信號I[n]和Q[n]進行相位解調處理，提取出振動振幅與頻率信息；

所述步驟S4具體包括如下步驟：

S4.1、對離散基帶信號I[n]和Q[n]使用一個滑動的矩形窗函數對信號進行加窗處理；

S4.2、對加窗后的離散基帶信號I[n]和Q[n]進行直流偏移補償，得到直流偏移補償的估計值DC_I和DC_Q；

S4.3、對直流偏移補償后的基帶信號I[n]和Q[n]進行反正切解調，得到與振動位移成線性關系的基帶信號的總相位

S4.4、對得到的基帶信號的總相位進行峰值搜索提取出振動振幅信息，通過離散傅里葉變換得到振動頻率信息；

所述被測振動對象表面粘附無源二倍頻射頻標簽；

步驟S2所述的對回波信號進行正交混頻時，若被測振動對象表面粘附有無源二倍頻射頻標簽，需在正交混頻前利用倍頻器將用于混頻的信號源分支信號的頻率翻倍；

所述的步驟S4.2中直流偏移補償的方法為圓心估計算法，包括：

設由離散基帶信號I[n]和Q[n]擬合圓的圓心坐標為(a,b)，半徑為r，取矩陣A，矩陣x和矩陣B分別為：

通過參數優化估計得到a和b的值，優化估計的方法為min||Ax-B||_l2或min||Ax-B||_l1；

式中，min(.)表示最小值運算，||.||_l2表示2-范數運算，||.||_l1表示1-范數運算；

求得a和b的估計值后，取DC_I＝a，DC_Q＝b；

所述的步驟S4.3中的基帶信號的總相位如下式所示：

式中，I[n]和Q[n]為離散基帶信號；DC_I表示通道I基帶輸出信號的直流偏移值，DC_Q表示通道Q基帶輸出信號的直流偏移值；

根據測量原理，可由基帶信號的總相位求解得到振動位移離散信號S[n]，如下式所示：

2.根據權利要求1所述的基于多普勒雷達的非接觸式振動測量方法，其特征在于，步驟S1所述的單頻微波的頻率范圍為2G-24GHz，可根據測量靈敏度需求和被測對象振動幅值大小來選擇確定。

3.根據權利要求1所述的基于多普勒雷達的非接觸式振動測量方法，其特征在于，步驟S2所述的兩路基帶信號I(t)和Q(t)可分別表示為：

式中：I(t)表示通道I基帶輸出信號，Q(t)表示通道Q基帶輸出信號，DC_I表示通道I基帶輸出信號的直流偏移值，DC_Q表示通道Q基帶輸出信號的直流偏移值，A表示基帶信號的幅值，λ表示雷達發射的載波波長，S(t)表示被測振動對象的實時振動位移，θ表示由傳播路徑和物體表面的反射引起的常量相移，表示雷達的剩余相位噪聲。