[發(fā)明專利]基于LFMCW雷達(dá)的振動監(jiān)測系統(tǒng)與信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710720025.2
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107607923B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭志科;熊玉勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01H9/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于LFMCW雷達(dá)的振動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

雷達(dá)收發(fā)器，用于產(chǎn)生雷達(dá)發(fā)射波，并接收散射回來的回波，通過放大、混頻及濾波處理得到中頻基帶差拍信號；

調(diào)諧信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生周期性的線性調(diào)制波電壓信號，以控制雷達(dá)收發(fā)器產(chǎn)生線性調(diào)頻的發(fā)射波；

數(shù)據(jù)采集模塊，用于對I通道和Q通道的中頻基帶差拍信號和調(diào)制波信號進(jìn)行ADC數(shù)據(jù)采集；

信號處理模塊，用于對中頻基帶差拍信號進(jìn)行信號處理，估計每個掃頻周期時間內(nèi)差拍信號的初始相位，提取振動位移時域信息；

顯示與分析模塊，用于顯示檢測目標(biāo)的振動位移時域信息并進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LFMCW雷達(dá)的振動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達(dá)收發(fā)器包括壓控振蕩器、功率分配器、功率放大器、低噪聲放大器、正交混頻器、低通濾波器、發(fā)射天線和接收天線，其中所述壓控振動器與所述功率分配器相連，所述功率分配器與所述功率放大器相連，所述功率放大器與所述發(fā)射天線相連，信號由所述壓控振蕩器產(chǎn)生，經(jīng)過所述功率分配器進(jìn)行分配，一路信號經(jīng)過所述功率放大器進(jìn)行放大，通過所述發(fā)射天線向空間發(fā)射電磁波，另一路信號傳輸至與所述功率分配器相連的所述正交混頻器；所述接收天線與所述低噪聲放大器相連，所述低噪聲放大器產(chǎn)生的放大信號流向所述正交混頻器，與所述功率分配器流出的信號進(jìn)行正交混頻，混頻后的信號流向所述低通濾波器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LFMCW雷達(dá)的振動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號處理模塊包括：信號預(yù)處理單元、差拍頻率估計單元、相位估計單元和振動位移提取單元，其中所述信號預(yù)處理單元與所述差拍頻率估計單元連接，所述差拍頻率估計單元與所述相位估計單元連接，所述相位估計單元與所述振動位移提取單元連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LFMCW雷達(dá)的振動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊對I通道和Q通道的中頻基帶差拍信號和線性調(diào)制波電壓信號進(jìn)行同步采樣；或者所述數(shù)據(jù)采集模塊由線性調(diào)制波電壓信號提供同步信號，觸發(fā)同步采集I通道、Q通道基帶信號。

5.一種基于LFMCW雷達(dá)振動監(jiān)測的信號處理方法，是根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的基于LFMCW雷達(dá)的振動監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，包括下述步驟：

步驟1：截取每個掃頻周期時間內(nèi)的有效基帶差拍信號，結(jié)合截取的I通道信號I(t)和Q通道信號Q(t)生成復(fù)差拍信號S_B(t)，其中S_B(t)＝I(t)+j*Q(t)，式中j為虛數(shù)單位；

步驟2：對復(fù)差拍信號的頻率f_b進(jìn)行估計；

步驟3：對截取的每個掃頻周期時間內(nèi)的復(fù)差拍信號進(jìn)行初始相位估計；

步驟4：對估計的初始相位時間序列進(jìn)行相位跳變糾正處理；

步驟5：根據(jù)得到的初始相位時間序列，推算出振動位移時域信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于LFMCW雷達(dá)振動監(jiān)測的信號處理方法，其特征在于，所述步驟1中的有效基帶差拍信號以調(diào)制波信號為同步信號。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于LFMCW雷達(dá)振動監(jiān)測的信號處理方法，其特征在于，所述步驟2中對差拍信號的頻率f_b的估計方法為快速傅里葉變換，如下式所示：

式中：為差拍頻率估計值，表示尋找取得最大值的參數(shù)f的運(yùn)算，f的取值范圍為0到f_s/2，f_s為采樣頻率，abs(·)表示復(fù)數(shù)幅值運(yùn)算，表示快速傅里葉變換運(yùn)算。