CN106323450A - 一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，包括以下步骤：步骤1、将多个雷达均布安装在大型柔性结构的各个测点上，并将倍频器件安装在各个对应的测量参考点上；步骤2、将各个雷达的基带信号通过有线或者无线的方式传输并进行多通道信号采集；步骤3、对各个雷达的基带信号分别进行信号解调处理，得到振动频率或位移信息；步骤4、根据各测点的振动频率或位移信息，得到大型柔性结构的振动频率或位移分布。本发明基于多普勒效应使用低成本、结构紧凑的微波雷达探测振动位移变化，对大型柔性结构的低频振动测试灵敏度高，通过采用倍频器件以及对发射的射频波频率进行差异化控制，提高了测试的精确性和抗干扰能力。

Description

一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法

技术领域

本发明涉及振动监测技术领域，具体是一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法。

背景技术

随着社会和科技的发展，大型柔性结构越来越广泛地应用在生产、生活的各个领域中，例如在航天领域使用的太阳帆板、星载天线等。为了保证大型柔性结构的稳定、可靠运行，长时间的振动监测显得尤为重要。目前的振动测量技术包括接触式和非接触式测量两种，其中接触式测量广泛使用加速度传感器。加速度传感器通过测量接触目标的加速度，积分后获得所测对象振动的相对位移，但是常用的加速度计存在低频响应能力差，在特殊环境下无法有效使用等问题，且对于大型柔性结构需要布置很多测点，接触式测量存在很多局限。非接触式测量中激光测振仪具有很高的测试精度，但是存在着设备成本高，需要校准以及检测范围狭窄等局限性。而基于影像的振动测量对测试条件有较高要求，无法适应大型柔性结构的长时间振动监测。近些年来，基于微波雷达的运动感知引起了很多研究者的关注，通过有效的相位解调算法可还原真实的运动波形，且微波雷达具有结构简单、成本低廉等优势，目前已应用在人体步态识别以及生命体征监测等领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，包括如下步骤：

步骤1、将多个雷达均布安装在大型柔性结构的各个测点上，并将倍频器件安装在各个对应的测量参考点上；

步骤2、将各个雷达的基带信号通过有线或者无线的方式传输并进行多通道信号采集；

步骤3、对各个雷达的基带信号分别进行信号解调处理，得到振动频率或振动位移信息；

步骤4、根据各测点的振动频率或位移信息，得到大型柔性结构的振动频率或振动位移分布。

优选地，所述的步骤1中的雷达为连续波微波雷达，雷达的信号源为电压控制振荡器，不同雷达发射的射频波频率不同，需有10k赫兹以上的差异。

优选地，所述的步骤1中多个雷达在安装时，需使各个雷达的天线正对相应的测量参考点和倍频器件，测量参考点相对静止。

优选地，所述的步骤1中的倍频器件为无源倍频电子标签，正对雷达天线布置在测量参考点上。

优选地，所述的步骤1中的雷达在基带信号的产生过程中，将一路射频信号倍频后与接收到的反射信号进行混频，取下变频信号。

优选地，所述的步骤3中的基带信号解调处理可根据实际测试需求使用反正切解调或其他相位解调算法得到振动频率或位移信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

基于多普勒效应使用微波雷达探测振动位移变化，对低频振动测试灵敏高。均布安装在各个测点的微波雷达结构紧凑、重量轻、成本低，便于大型柔性结构振动监测的系统集成；通过采用倍频器件以及对不同雷达发射的射频波频率进行差异化控制，有效隔离了测试环境背景噪声和不同雷达间引起的反射信号的干扰，提高了测试的精确性和抗干扰能力；基于多普勒雷达的振动监测对测试环境适应性高，可进行长时间的结构振动监测。

附图说明

图1为本发明实施例基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法的流程图。

图2为本发明实施例中大型柔性结构的振动监测的雷达布置示意图。

图3为本发明实施例中雷达倍频测试的结构原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，包括以下步骤：

步骤1，将多个雷达均布安装在大型柔性结构的各个测点上，并将倍频器件安装在各个对应的测量参考点上；

如图2所示，根据测试需求，可在大型柔性结构上均布测点，以得到全面的振动信息。将集成的微波雷达3安装在各个测点上，安装时保证雷达天线正对测量参考点4和倍频器件。为了抑制相邻雷达间的信号干扰，各个测点的微波雷达发射的射频波频率需具有10k赫兹以上的频率差异。不同雷达发射不同频率的射频信号，经过振动运动调制后，反射信号与雷达的本振信号混频，使用低通滤波器取下变频信号，根据雷达的距离相关性原理，相邻雷达的信号干扰得到有效抑制。

如图3所示，在抑制测试环境背景5引起的噪声上，采用布置在测量参考点4上的倍频器件作为反射面，倍频器件对发射信号进行相位调制后并反射信号。雷达在基带信号的产生过程中，将一路射频信号倍频后与接收到的反射信号进行混频，取下变频信号，而环境背景反射的信号由于未倍频，在混频后被低通滤波器消除。在测试过程中微波雷达的发射信号和混频的一路射频信号来自同一个信号源，根据距离相关性原理可将雷达电路中的相位噪声大大压缩，提高了基带信号的信噪比。

测量所用的倍频器件可使用无源的倍频电子标签，安装时正对雷达天线布置在测量参考点4上，测量参考点4相对静止。

步骤2、将各个雷达的基带信号通过有线连接或者无线局域网的方式传输到一个多通道采集系统中，利用数据采集模块进行多通道信号采集；

步骤3、对各个测点雷达的基带信号分别进行信号解调处理，得到振动频率或振动位移信息；

根据多普勒雷达的运动探测原理，为了还原真实的振动信息需要进行基带信号解调处理。在对各个雷达的基带信号进行处理时，可根据实际测试需求使用复数信号解调、反正切解调或其他相位解调算法得到振动频率或振动位移信息。

步骤4、根据各测点的振动频率或振动位移信息，得到大型柔性结构的振动频率或振动位移分布。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将多个雷达均布安装在大型柔性结构的各个测点上，并将倍频器件安装在各个对应的测量参考点上；

步骤2、将各个雷达的基带信号通过有线或者无线的方式传输并进行多通道信号采集；

步骤3、对各个雷达的基带信号分别进行信号解调处理，得到振动频率或振动位移信息；

步骤4、根据各测点的振动频率或位移信息，得到大型柔性结构的振动频率或振动位移分布。

2.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，其特征在于，所述的步骤1中的雷达为连续波微波雷达，雷达的信号源为电压控制振荡器，不同雷达发射的射频波频率不同，需有10k赫兹以上的差异。

3.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，其特征在于，所述的步骤1中多个雷达在安装时，需使各个雷达的天线正对相应的测量参考点和倍频器件，测量参考点相对静止。

4.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，其特征在于，所述的步骤1中的倍频器件为无源倍频电子标签，正对雷达天线布置在测量参考点上。

5.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，其特征在于，所述的步骤1中的雷达在基带信号的产生过程中，将一路射频信号倍频后与接收到的反射信号进行混频，取下变频信号。

6.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达的大型柔性结构的振动监测方法，其特征在于，所述的步骤3中的基带信号解调处理可根据实际测试需求使用反正切解调或其他相位解调算法得到振动频率或位移信息。