CN109959930A - 使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法 - Google Patents

使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法。根据有关实施方式，监测结构对象的方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；从第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及基于所提取的第一干涉相位而确定结构对象的结构完整性。

Description

使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及一种系统和方法，并且在特定实施方式中，涉及使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法。
背景技术
由于诸如硅锗(SiGe)和精细几何互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的低成本半导体技术的快速发展，在毫米波频率范围中的应用在过去几年中获得了显著的关注。高速双极型和金属氧化物半导体(MOS)晶体管的可用性使得对用于60GHz、77GHz和80GHz还有超过100GHz的毫米波应用的集成电路的需求不断增长。这些应用包括例如机动车辆雷达系统和多吉比特通信系统。
在一些雷达系统中，通过发送调频信号、接收调频信号的反射以及基于调频信号的发送和接收之间的时间延迟和/或频率差来确定距离，从而确定雷达与目标之间的距离。因此，一些雷达系统包括发射RF信号的发射天线、接收RF信号的接收天线以及用于生成所发射的信号和接收RF信号的相关RF电路。在一些情况下，可以使用多个天线以使用相控阵列技术实现定向波束。具有多个芯片集或多通道芯片的MIMO配置也可以用于执行相干和非相干信号处理。
发明内容
根据实施方式，一种监测结构对象的方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；从第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及基于所提取的第一干涉相位确定结构对象的结构完整性。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图所做的以下描述，在附图中：
图1A示出了根据实施方式的基于雷达的结构监测系统的框图；
图1B示出了根据实施方式的结构监测方法的框图；
图1C示出了根据实施方式的毫米波传感器模块的框图；
图2A示出了毫米波雷达传感器系统的框图；
图2B-2D示出了根据实施方式的毫米波传感器电路的平面图；
图2E-2H示出了用于放置毫米波雷达传感器的根据各种实施方式的配置；
图3A-3C示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测桥梁的系统；
图4示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测建筑物的系统；
图5示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测风力涡轮机的系统；
图6A和6B示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器来监测大型民用结构的系统；
图7A-7D示出了使用根据实施方式的基于毫米波的雷达系统来监测电线杆和/或路灯的结构完整性的系统；
图8A示出了根据实施方式的方法的框图；
图8B-8F示出了描述图8A的根据实施方式的方法的各步骤的说明性支持图；以及
图9是可以用于实现根据实施方式的结构对象监测系统的各部分的处理系统的框图。
除非另有指示，否则在不同附图中的相应附图标记通常指代对应的部分。附图被绘制以清楚地说明优选实施方式的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施方式，指示相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以跟在图号之后。
具体实施方式
下面详细讨论了当前优选实施方式的实现和使用。然而，应当理解，本发明提供了可以在多种特定上下文中实施的许多适用的发明构思。所讨论的特定实施方式仅说明实现和使用本发明的特定方式，而不限制本发明的范围。
将相对于特定背景——即使用毫米波雷达传感器监测结构对象的系统和方法——下的优选实施方式来描述本发明。本发明还可以应用于监测物理结构的状态的其他基于RF的系统和应用。
通过使用物理地连接到桥梁的加速度计、应变仪和线性可变差动变压器(LVDT)来常规地执行桥梁的结构健康监测。在某些情况下，执行桥梁的结构健康监测可能暂时地限制桥梁的使用，以便技术人员能够进入桥梁的结构构件。执行结构测试所涉及的工作可能相当危险、耗时且昂贵。
在本发明的实施方式中，一种雷达系统被用于使用干涉测量技术来监测诸如桥梁、建筑物、水坝、发电厂和风力涡轮机的结构对象的物理完整性，该干涉测量技术涉及按波信号的一部分工作波长的顺序来检索波信号传播路径的变化。例如，毫米波雷达传感器执行结构对象的雷达测量，并且根据雷达测量确定干涉相位。这些雷达测量可以包括例如正被测量的结构对象的距离数据(range data)、速度数据和角度数据。结构对象的偏斜和/或振动与干涉相位有关。在一些实施方式中，可以以从亚毫米到微米移位幅度的精度、以慢时间跟踪干涉相位的变化。在各种实施方式中，一个或更多个毫米波雷达传感器可以被永久地置于结构对象上或结构对象附近，以使得能够连续评估结构对象的结构完整性。如果计算的偏斜和/或振动超过预定阈值，则可以发送消息以警告负责人员采取校正动作。
图1A示出了基于雷达的结构监测系统100的框图。如图所示，基于雷达的结构监测测量系统100包括毫米波雷达传感器102以及处理器104，处理器104控制毫米波雷达传感器102的工作并且对毫米波雷达传感器102所产生的数据执行各种雷达信号处理操作。在工作期间，毫米波雷达传感器102发送由结构对象106反射的毫米波RF信号。虽然结构对象106在图中被描绘为桥梁，但是应当理解，对象106可以是诸如桥梁、建筑物、发电厂、水坝、风力发电机、电线杆和路灯的各种结构对象之一。反射的信号由毫米波雷达传感器102接收并转换成数字表示，并且由处理器104处理以确定例如结构对象的形状是否已经变形。该处理的结果产生指示结构对象106的结构健康的各种数据(由信号DATA表示)。虽然图1A中仅示出了单个毫米波雷达传感器102，但是应当理解，可以使用多个毫米波雷达传感器监测结构对象106。
图1B示出了根据实施方式的使用毫米波雷达传感器监测结构对象的方法110的框图。在步骤112中，使用诸如图1A所示的毫米波雷达传感器102的一个或更多个毫米波传感器生成高分辨率雷达距离像(rangeprofile)。在各种实施方式中，该高分辨率雷达距离像可以具有也称为距离门(range gate)的距离阵列以及与每个距离或距离门相关联的幅度和相位的形式。显示最高幅度的距离门通常与特定对象和毫米波雷达传感器之间的距离相关联。毫米波雷达传感器的视场内的一个或多个对象的多个结构特征可以显现为与其他距离门相比的较高幅度的距离门。
在步骤114中，对应于结构对象的可能特征的显示最高幅度的距离门被识别用于进一步处理；并且在步骤116中，针对所识别的距离门或特征中的一个或更多个来提取干涉相位。在一些实施方式中，基于来自多个毫米波雷达传感器的输入使用一组多普勒滤波器来确定该干涉相位。在步骤120中，通过将干涉相位与预定阈值进行比较来分析在步骤116中生成的干涉相位，该预定阈值可以根据正被监测的特定结构的特定安全性和维护要求来设置。在利用一组多普勒干涉滤波器的实施方式中，可以将每个滤波器的每个输出与各个阈值进行比较。
在一些实施方式中，可以将由每个毫米波雷达传感器监测的各种特征的干涉相位的加权和或平均值与阈值进行比较。如果超过预定阈值，则在步骤122中，可以经由耦接到通信信道的数字接口发送警告消息和/或可以采取校正动作。这种校正动作可以包括例如结构对象的进一步分析、结构对象的修复或校正性安全措施。例如，如果正被监测的桥梁显示出指示桥梁不安全的变形迹象，则桥梁可能被关闭交通，直到评估情况并进行修复为止。
图1C示出了可以用于实现根据实施方式的基于雷达的结构监测系统的传感器模块130的框图。在各种实施方式中，传感器模块130的一个或更多个实例可以被定位在正被监测的结构对象的范围内。如图所示，传感器模块130包括相关的雷达电路、三轴加速度计134、处理器136和通信接口138。在工作期间，相关的雷达电路使用发射天线142发射RF信号并使用接收天线140接收反射的RF信号。在实施方式中，使用锁相环146结合振荡器148生成所发射的RF信号。在一些实施方式中，将数字调谐信号提供给锁相环146，锁相环146生成对应于数字调谐信号的像(profile)的调谐信号Vtune。在一些实施方式中，该数字调谐信号为啁啾或频率斜升的形式。这种啁啾可以具有其中振荡器148的频率以恒定速率增大的锯齿型波形的形式。(参见图8B)或者，啁啾可以具有其中振荡器148的频率以恒定速率减小的锯齿型波形的形式。在一些实施方式中，调谐波形可以具有其中振荡器148的频率以恒定速率增大然后以恒定速率减小的三角波的形式。如图所示，振荡器148的输出由功率放大器144放大，功率放大器144的输出耦接到发射天线142。应当理解，本文描述的各种啁啾类型仅是可以用于根据实施方式的系统的许多类型的啁啾像的示例。
使用混频器150对通过接收天线140接收到的反射的RF信号进行下变频。如图所示，混频器150的输入之一是振荡器148的输出。在各种实施方式中，混频器150的输出是具有与传感器模块130和正被测量的特定目标之间的距离成比例的频率的基带信号。特定RF信号的发射和接收之间的传播延迟在振荡器148的输出和由接收天线140接收到的反射的RF信号之间产生频率差。该传播延迟的长度与频率差成比例。因此，较高的频率差表示较长的测量距离。
混频器150的输出通过放大和滤波电路152被放大和滤波，放大和滤波电路152的输出通过模数转换器154被数字化。模数转换器154的输出被移至存储器156以由处理器136访问。在各种实施方式中，包括锁相环146、振荡器148、功率放大器144、混频器150、放大和滤波电路152、模数转换器154和存储器156的传感器模块130的各部件可以使用本领域已知的电路和方法来实现。还应当理解，传感器模块的相关雷达电路的实现仅是实现根据实施方式的雷达传感器电路的许多可能方式的一个示例。在替选实施方式中，可以使用本领域已知的其他电路和结构来实现传感器模块130的相关雷达电路。
处理器136经由存储器156访问通过传感器模块130的相关雷达电路产生的数字化基带信号。在一些实施方式中，处理器136也监测三轴加速度计134的输出，以根据由三轴加速度计134测量的传感器模块130的运动来补偿所测量的传感器模块130的相关雷达电路的输出。在各种实施方式中，处理器136可以执行和实现本文所述的各种结构完整性算法。或者，传感器模块130可以实现为结构完整性系统内的多个雷达传感器部件之一。例如，在一些实施方式中，传感器模块130可以充当从设备并且经由通信接口138将其测量的基带RF信号发送到组合多个传感器模块的输出的主模块159或处理器。在传感器模块130被配置为主模块的实施方式中，处理器136被配置成确定正被监测的系统的结构完整性并且经由通信接口138发送状态数据和各种警告消息。
通信接口138可以例如使用与结构完整性系统的主模块159、云服务器160和/或与监测机构158通信的有线线路或无线接口来实现，监测机构158例如为电力公司、政府机构或负责监测和/或维护正被监测的结构对象的其他组织。通信接口138可以例如通过现有技术已知的任何有线线路或RF接口技术来实现。例如，通信接口138可以使用Wi-Fi技术、有线局域网技术、LTE/4G、安珀警戒或其他接口类型来实现。
图2A示出了可以用于实现所公开的各种实施方式中使用的毫米波雷达传感器电路的毫米波雷达传感器系统200的框图。毫米波雷达传感器系统200包括毫米波雷达传感器电路202和处理电路204。根据实施方式的毫米波雷达传感器电路可以例如使用对对象106执行测量的二维毫米波相位阵列雷达来实现。毫米波相位阵列雷达在30GHz至122GHz范围内发射和接收信号。也可以使用该范围之外的频率。在一些实施方式中，毫米波雷达传感器电路202操作为具有多个发射和接收信道的调频连续波(FMCW)雷达传感器或具有单个发射信道和单个接收信道的FMCW雷达传感器。或者，可以使用诸如脉冲雷达和非线性调频(NLFM)雷达的其他类型的雷达系统来实现毫米波雷达传感器电路202。
毫米波雷达传感器电路202发射和接收无线电信号以确定沿结构对象106的各个点的位置。例如，毫米波雷达传感器电路202发射入射RF信号201并且接收作为来自对象106的入射RF信号的反射的RF信号203。接收的反射RF信号203由毫米波雷达传感器电路202进行下变频以确定拍频信号。这些拍频信号可以用于确定诸如对象106的位置和运动的信息。在FMCW雷达的特定示例中，拍频与毫米波雷达传感器电路202与正被感测的对象之间的距离成比例。
在各种实施方式中，毫米波雷达传感器电路202被配置成经由发射天线212向结构对象106发射入射RF信号201并且经由接收天线214从对象106接收反射的RF信号203。毫米波雷达传感器电路202包括耦接到发射天线212的发射器前端电路208和耦接到接收天线214的接收器前端电路210。
在工作期间，发射器前端电路208可以根据工作的相位同时或单独地使用波束成形向对象106发射RF信号。虽然在图2A中描绘了两个发射器前端电路208，但是应当理解，毫米波雷达传感器电路202可以包括少于或多于两个发射器前端电路208。因此，在各种实施方式中，发射器的数量可以扩展到n×m。每个发射器前端电路208包括被配置成产生入射RF信号的电路。这种电路可以包括例如RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功率分配器和其他类型的电路。
接收器前端电路210接收和处理来自对象106的反射RF信号。如图2A所示，接收器前端电路210被配置成耦接到四个接收天线214，其可以被配置为例如2×2天线阵列。在替选实施方式中，接收器前端电路210可以被配置成耦接到多于或少于四个天线，其中，所产生的天线阵列取决于特定实施方式及其规范而具有各种n×m维度。接收器前端电路210可以包括例如RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功率组合器和其他类型的电路。
雷达电路206将要发射的信号提供给发射器前端电路208，接收来自接收器前端电路210的信号，并且可以被配置成控制毫米波雷达传感器电路202的工作。在一些实施方式中，雷达电路206包括但不限于频率合成电路、上变频下变频电路、可变增益放大器、模数转换器、数模转换器、用于基带信号的数字信号处理电路、偏置生成电路和电压调节器。
雷达电路206可以接收来自处理电路204的基带雷达信号，并且基于接收到的基带信号控制RF振荡器的频率。在一些实施方式中，所接收的基带信号可以表示要发射的FMCW频率啁啾。雷达电路206可以通过将与所接收的基带信号成比例的信号施加到锁相环的频率控制输入端来调整RF振荡器的频率。或者，可以使用一个或更多个混频器对从处理电路204接收的基带信号进行上变频。雷达电路206可以经由数字总线(例如，USB总线)发射并且数字化基带信号，经由模拟信号路径发射和接收模拟信号，和/或向处理电路204发送模拟信号和数字信号的组合和/或从处理电路204接收模拟信号和数字信号的组合。
处理电路204获取由雷达电路206提供的基带信号并且对所获取的基带信号进行格式化以向根据实施方式的信号处理单元发送。这些获取的基带信号可以表示例如拍频。在一些实施方式中，处理电路204包括用于将数据传送到结构监测系统内的其他部件的总线接口(未示出)。可选地，处理电路204还可以执行根据实施方式的结构监测系统所使用的信号处理步骤，例如快速傅立叶变换(FFT)、短时傅立叶变换(STFT)、宏多普勒分析、微多普勒分析、生命体征分析、对象分类、机器学习等。除了处理所获取的基带信号之外，处理电路204还可以控制毫米波雷达传感器电路202的各方面，例如控制毫米波雷达传感器电路202所产生的传输。
毫米波雷达传感器系统200的各种部件可以以各种方式来被划分。例如，毫米波雷达传感器电路202可以被实现在一个或更多个RF集成电路(RFIC)上，天线212和214可以被布置在电路板上，并且处理电路204可以使用处理器、微处理器、数字信号处理器和/或布置在一个或更多个集成电路/半导体基板上的定制逻辑电路来实现。处理电路204可以包括执行可执行程序中的指令以执行处理电路204的功能的处理器，该可执行程序被存储在诸如存储器的非暂态计算机可读存储介质中。在一些实施方式中，处理电路204的全部或一部分功能可以被合并在设置有毫米波雷达传感器电路202的相同集成电路/半导体基板上。
在一些实施方式中，毫米波雷达传感器电路202的一些或全部部分可以被实现在包含发射天线212、接收天线214、发射器前端电路208、接收器前端电路210和/或雷达电路206的封装中。在一些实施方式中，毫米波雷达传感器电路202可以被实现为设置在电路板上的一个或更多个集成电路，并且发射天线212和接收天线214可以被实现在邻近集成电路的电路板上。在一些实施方式中，发射器前端电路208、接收器前端电路210和雷达电路206形成在相同雷达前端集成电路(IC)管芯上。发射天线212和接收天线214可以是雷达前端IC管芯的一部分，或者可以被实现为设置在雷达前端IC管芯上或邻近雷达前端IC管芯的分离的天线。雷达前端IC管芯还可以包括用于路由和/或用于实现毫米波雷达传感器电路202的各种无源或有源器件的导电层，例如再分布层(RDL)。在实施方式中，可以使用雷达前端IC管芯的RDL来实现发射天线212和接收天线214。
图2B示出了可以用于实现毫米波雷达传感器电路202的毫米波雷达传感器电路220的平面图。如图所示，毫米波雷达传感器电路220被实现为耦接至发射天线212和接收天线214的RFIC 224。发射天线212和接收天线214被实现为设置在基板222上或基板222内的贴片天线。在一些实施方式中，基板222可以使用下述电路板来实现：在该电路板上布置有毫米波雷达传感器电路202并且在该电路板上使用电路板的导电层来实现发射天线212和接收天线214。或者，基板222表示其上布置有一个或更多个RDL并且其上使用一个或更多个RDL上的导电层来实现发射天线212和接收天线214的晶片基板。
图2C示出了包括耦接到设置在基板236上的RFIC 234的发射天线212的阵列和接收天线214的阵列的毫米波雷达传感器电路232的平面图。在各个实施方式中，发射天线212可以形成m个天线的阵列，并且接收天线214可以形成n个天线的阵列。m个发射天线212中的每一个耦接到RFIC 234上的相应引脚，并且耦接到RFIC 234内的相应发射电路；n个接收天线214中的每一个耦接到RFIC 234上的相应引脚，并且耦接到RFIC 234内的相应接收电路。在各种实施方式中，发射天线212的阵列和接收天线214的阵列可以实现为任何维度的均匀阵列或线性阵列。应当理解，图2B和2C的实现仅是可以实现实施方式毫米波雷达传感器电路的许多方式中的两个示例。
图2D示出了包括耦接到设置在基板244上的RFIC 242的发射天线212的8×8阵列和接收天线214的8×8阵列的毫米波雷达传感器电路240的平面图。发射天线212中的每一个耦接到RFIC 242上的相应引脚并且耦接到RFIC 242内的相应发射电路；接收天线214中的每一个耦接到RFIC 234上的相应引脚并且耦接到RFIC 242内的相应接收电路。然而，发射天线212与RFIC 242之间以及接收天线214与RFIC 242之间的这些连接未在图2D示出以便于说明。在一些实施方式中，可以另外地排列多个雷达传感器，以便在多个方向上执行波束转向和测量。
图2E-2H示出了用于放置毫米波雷达传感器202和/或雷达天线的各种配置。图2E示出了被配置成在每个传感器之间具有距离y的均匀线性阵列的毫米波雷达传感器202。虽然在附图中示出了六个毫米波雷达传感器202，但是应当理解，可以根据特定实施方式及其规范使用多于或少于六个毫米波雷达传感器202。
图2F示出了被配置成在每个传感器之间具有距离y的均匀矩形阵列的毫米波雷达传感器202。虽然在图示中示出了2×6的毫米波雷达传感器202阵列，但是应当理解，可以根据特定实施方式及其规范使用任何矩形阵列维度。将毫米波雷达传感器202配置成矩形配置可以有助于改善横向距离分辨率。在各种实施方式中，雷达系统的距离是传感器与目标之间的距离，而横向距离的分辨率涉及雷达传感器202的感测位置内的空间分辨率。
毫米波雷达传感器202还可以以非均匀配置来实现。例如，图2G示出了被配置成非均匀线性阵列的毫米波雷达传感器202，而图2H示出了被配置成非均匀二维阵列的毫米波雷达传感器202。
在各种实施方式中，毫米波雷达传感器202具有相互之间的介于0.5λ与0.7λ之间的最小距离，其中，λ是毫米波RF信号的波长。当已知用于处理所提取的数据的每个传感器的位置时，可以增加毫米波雷达传感器202之间的这个距离。
在各种实施方式中，毫米波雷达传感器202可以被安装在各种表面上，并且可以被隐藏在包括例如聚碳酸酯、玻璃、塑料和其它材料的不同材料和/或天线罩类型之下。在一些实施方式中，在传感器系统之上不使用金属。在其他实施方式中，取决于特定系统，可以在传感器平面之上使用金属层作为屏蔽或波导。例如，可以使用被布置在毫米波雷达传感器202的基板上的八木(Yagi)天线在与传感器相同的平面中发射或接收信号。在这种情况下，天线可以旋转90度，使得由雷达传感器产生的波束指向目标。金属屏蔽可以被布置在天线之上。
在一些实施方式中，毫米波雷达传感器202在57GHz至64GHz的7GHz带宽的频率范围处工作。然而，由于系统的分辨率通常与带宽成比例，因此可以使用不同的频率范围和带宽。在一些情况下，由毫米波雷达传感器202发射的功率电平可以被限制以符合政府法规，例如美国联邦通信委员会(FCC)颁布的法规。在一些实施方式中，取决于分辨率要求、功耗、可用系统空间等，可以使用任何均匀线性阵列(ULA)、非均匀线性阵列(NULA)、均匀矩形阵列(URA)或非均匀矩形阵列(NURA)。
在一个特定实施方式中，毫米波雷达系统在60GHz ISM频带中工作。在工作期间，发射频率使用2ms的啁啾长度在61.0GHz至61.5GHz之间变化500MHz。发射功率为20dBm，发射天线和接收天线二者均布置成8×8阵列，以实现20dB的天线增益。雷达的距离为100m，雷达截面(RCS)为2m2。接收器的增益为20dB，接收噪声系数为10dB，在IF处实现10dB的SNR。应当理解，这仅是根据实施方式的系统的RF度量的一个示例。根据实施方式的系统的性能参数可以根据特定系统及其实现而变化。
图3A-3C、图4、图5、图6A、图6B和图7A-7D示出了用于根据实施方式的基于毫米波雷达的结构监测系统的几种使用情况。图3A示出了使用根据实施方式的毫米波雷达传感器302来监测桥梁304的结构完整性的系统。雷达传感器302可以包括例如与天线耦接的根据实施方式的毫米波雷达系统或模块。在各种实施方式中，毫米波雷达传感器302的天线的波瓣足够大以能够照亮桥梁304的桥面的决大部分，使得桥梁拱廊的不同部分能够通过它们与传感器的不同距离来被区分。在工作期间，例如使用距离FFT(range FFT)来处理毫米波雷达传感器302的输出，以提供具有一系列峰值的后向散射幅度。这些峰值中的每一个对应于反射电磁波的拱廊的几何特征。在一些实施方式中，额外的参考或节点结构可以附接到桥梁304以提供可由毫米波雷达传感器302测量的额外的几何特征。这些额外的参考或节点结构可以包括例如角反射器、雷达截面(RCS)和反射毫米波雷达信号的其他结构。
在各种实施方式中，单个传感器302可以在诸如如图所示的x维度的至少一个维度上执行桥梁304的结构测量。然而，在利用传感器阵列和/或波束转向的实施方式中，可以通过在多个方向上引导波束来进行桥梁304的测量。可以使用多个发射波束将雷达波束聚焦在关注的结构上，而不必手动移动雷达传感器。或者，多个波束可以有助于使用可能潜在地覆盖整个结构的不同波束来分析结构的不同部分。
在服务中部署期间，在雷达传感器从桥梁下方监测桥梁的桥面区域的实施方式中，在雷达测量中捕获不到归因于移动车辆306的速度/多普勒(因此减少的干涉)；然而，毫米波雷达传感器302捕获并感测运动引起的桥梁本身的偏斜/变形。
图3B示出了使用两个根据实施方式的毫米波雷达传感器302来监测桥梁304的结构完整性的使用情况。两个雷达传感器302被定位在桥梁的相对的基部处以从不同角度对桥面的下部成像。在各种实施方式中，如下面进一步说明的，来自两个毫米波雷达传感器302的雷达数据通过将来自这两个传感器的相应峰值关联而被对齐。因此，通过使用多个雷达传感器302，可以在多个方向上监测桥梁304的变形。
图3C示出了使用实施方式毫米波雷达传感器302来监测斜拉桥梁308的使用情况。在各种实施方式中，可以使用毫米波雷达传感器302监测除了桥梁308桥面以外的斜拉索309。可以以指向并且照亮桥梁308和斜拉索309的角度安装一个或更多个毫米波雷达传感器302。可以使用多个雷达传感器捕获两个或三个维度的偏斜。由于每个斜拉索309的张力与其振荡频率相关，因此每个斜拉索309的张力可以通过借由干涉多普勒测量来监测其振荡频率而被确定。这种实施方式的优点是能够监测桥梁308和斜拉索309的完整性而无需在斜拉索309或塔310上安装设备。因此，可以执行诸如雷达传感器302的监测设备的维护而无需人员物理地进入位于难以接近或接近很危险的地方的监测设备。
图4示出了使用雷达传感器302监测建筑物402的结构完整性的使用情况。监测建筑物402的结构完整性在地震、强风和引起振动的车辆交通的影响能够使结构振动、偏斜和变形方面是有用的。在各种实施方式中，监测建筑物和结构的这些振动，以便确定何时可以采取校正动作。这对于老化结构和/或具有历史重要性的结构尤其重要。由于结构的共振频率与其刚性直接相关，因此其测量值可以突出会潜在地损害被监测结构的完整性的损害。
在各种实施方式中，一个或更多个雷达传感器302可以被放置在靠近建筑物402的不同位置。可以使用多个雷达传感器302在两个或三个维度上监测建筑物402的振动和变形。
图5示出了使用雷达传感器302来远程监测风力涡轮机502或能够旋转的其它结构对象的结构完整性的系统。在一些实施方式中，雷达传感器302在风力涡轮机502的叶片静止时监测风力涡轮机502的叶片。
图6A和图6B示出了使用实施方式雷达感测系统监测大型民用结构的其他情况。例如，图6A示出了由雷达传感器302监测的坝602，图6B示出了由多个雷达传感器302监测的发电厂610。在工作期间，可以使用本文描述的根据实施方式的监测方法来确定包括坝602或发电厂610的各种结构的结构完整性。如果结构完整性监测系统感测到结构问题，则可以采取校正动作。
图7A-7D示出了使用根据实施方式的基于毫米波的雷达系统来监测电线杆和/或路灯的结构完整性的各种系统。这样的实施方式使得能够连续监测这样的结构，并且能够在灾难性故障之前确定所监测的电线杆和/或路灯的结构完整性是否已受损。另外，可以监测每个电线杆和/或路灯的位置，以确定是否已发生诸如对象翻倒的灾难性故障。这样的监测例如在暴风雨、飓风或其他紧急情况期间可能是有用的，在所述情况下进行快速损害评估以确定哪些基础设施对象需要修复。
图7A示出了由毫米波传感器302监测电线杆702的使用情况。虽然示出了三个毫米波雷达传感器302来监测电线杆702，但是应当理解，可以使用任何数量的毫米波雷达传感器来监测这样的对象。在一些实施方式中，可以使用单个毫米波雷达传感器302。在其他实施方式中，毫米波传感器302可以被配置成监测多个电线杆和其他结构对象。
例如，可以使用三个毫米波传感器302来监测位于特定街道上或沿高速公路的特定走向的多个电线杆。类似地，图7B示出了使用多个毫米波传感器302监测路灯704的结构完整性的使用情况。
图7A和图7B的实施方式示出了毫米波雷达传感器302被放置成远离正被监测的对象的使用情况，而图7C和图7D示出了根据实施方式的毫米波雷达传感器702被安装在正被监测的对象上的使用情况。例如，图7C示出了安装在电线杆720上的毫米波雷达传感器722。类似地，图7D示出了安装在路灯724上的毫米波雷达传感器722。
在各种实施方式中，可以使用本文描述的系统和方法来确定各种电线杆和/或路灯结构的完整性。另外，可以通过监测对应于特定电线杆和/或路灯的位置的高响应距离门的位置来确定每个电线杆和/或路灯的总体位置。因此，检测到这些高响应距离门的位置的总体偏移可以指示相应电线杆和/或路灯被损坏或已经翻倒。在图7A-7D的各种实施方式中，在从雷达测量中提取距离门之前，可以从由雷达传感器302和/或722产生的雷达数据中滤除50-60Hz的AC线频率。
图8A示出了使用两个雷达传感器执行基于毫米波传感器的结构完整性分析的实施方式方法800的框图。如图所示，方法800包括两个基本上平行的处理路径，每个处理路径专用于由两个雷达传感器中之一产生的数据。然而，应当理解，图8A中所示的方法800可以被扩展成包括三个或更多个雷达传感器。如图所示，该方法开始于步骤802，在步骤802中，从每个相应传感器的模数转换器接收传感器数据。
在步骤804中，基于在步骤802中从各个传感器接收的接收毫米波雷达传感器数据计算FFT序列。在一些实施方式中，可以沿数据帧中的预定数量的啁啾中的每个啁啾的每个波形来计算具有该啁啾的长度(例如，256个样本)的加窗FFT。在一个示例实施方式中，如图8B的波形图所示，每个帧可以包括8到128个啁啾。或者，可以使用其他的帧长度。每个波形或啁啾的FFT可以称为“距离FFT”。在替选实施方式中，还可以使用除了FFT之外的诸如离散傅立叶变换(DFT)或z变换的其他变换类型。
接下来，在步骤806中，识别与被监测的结构相关联的最高幅度的FFT筐(bin)或“距离门”。这些高响应距离门表示到毫米波雷达传感器的距离内的最大对象的距离。在一些实施方式中，确定这些高响应距离门包括确定第一组距离门测量中的哪些距离门具有最高的峰均比。这些高响应距离门可以包括例如与正被监测的结构对象的各部分相关联的离散的各个距离门或距离门的集群。在一些实施方式中，单个结构可以具有多个可识别的结构部分，其呈现为相应的多个高响应距离门。在各种实施方式中，跟踪这些高响应距离门的位置，以便确定正被监测的结构的运动和变形。
在步骤808中，执行波束整形处理以便更特定地跟踪正被监测的结构对象的结构特征。在各种实施方式中，可以执行波束整形，以便在空间上区分被监测的对象和与正被监测的结构不相关的其他对象。例如，如图8C所示，可以窄化雷达传感器的视场(FOV)以形成指向关注的结构特征852的有效波束850，同时避免和/或衰减也在雷达传感器的FOV内的对象854的响应。关注的结构特征852可以表示例如被监测结构的结构特征，而对象854可以表示未被根据实施方式的雷达传感器系统监测的其他结构或地理特征。如图所示，波束850被定义为仰角。在一些实施方式中，也可以代替仰角或者除仰角之外相对于方位角来定义波束850。
在各种实施方式中，波束850通过在发射器处使用波束整形来产生窄波束而被形成，波束整形通过基于由不同接收器或其组合接收的多个信号对多个基带信号进行后处理来实现。通过对接收的基带信号进行后处理来实现波束整形可以使得实现低复杂度发射器。
在一个示例中，毫米波传感器系统与被布置成线性阵列的Nt＝2的发射(TX)阵元和Nr＝2的接收(RX)阵元一起使用。因此，在用于方位角分布的线性阵列配置中存在从TX阵列到RX阵列的Nt×Nr＝4个不同传播信道。如果可以在RX阵列处识别到接收信号的发射源(TX信道)，则可以利用Nt+Nr个天线阵元合成Nt×Nr个阵元的虚拟相控阵列。在各种实施方式中，时分复用的MIMO阵列为能够进行近场成像的完全填充的天线孔径提供低成本解决方案。在一些实施方式中，可以使用TX和RX阵元的对称线性布置，其中，TX阵列与RX阵列之间具有一定的垂直偏移以减少耦合。
在空间中将TX阵元的3D位置坐标表示为i＝1,2并且将RX阵元的3D位置坐标表示为j＝1,2，因而在假设远场条件下，从TX阵元到点散射体p的信号传播以及随后从p到Rx阵元的反射可以被近似为2*x+dij，其中，x是散射体到虚拟线性阵列中心的基础距离，并且dij是指虚拟阵元到阵列中心的位置。
假设满足远场条件，则来自与虚拟线性阵列中心相隔基础距离x以及在(相对于视轴的)角度θ处的散射体的雷达返回的时间延迟可以被表示为：
发射转向矢量可以被写成：
并且接收转向矢量可以被表示为：
其中，λ是发射信号的波长。在一些实施方式中，将Nt×Nr的去倾斜的差拍信号叠加成矢量以及TX阵列的转向矢量和RX阵列的转向矢量的Kronecker乘积，即，其可以用于解析散射体的相对角度θ。MIMO阵列信号的波束整形可以被视为将接收信号与TX和RX转向矢量合成。因此，对于给定距离x，可以通过最小方差无失真响应(MVDR)或Capon算法将方位角成像规范(imaging profile)生成为：
在各种实施方式中，用于P(θ)的表达式可以用于得到目标所处的仰角。在上面的表达式中，如延迟τ所指示并且对应于目标结构的特定位置，C＝{x(t＝τi,j)x(t＝τi,j)H}表示跨所有虚拟通道的距离筐(range bin)的协方差矩阵。E{.}表示期望算子，其在实践中通过以慢时间/脉冲对参数(例如，来自与关注的距离单元对应的所有虚拟信道的复值的外积)求和来被近似。在该接收波束成整的情况下，关注的视场限于与关注的目标对应的仰角，从而减少或消除了来自其他角度的杂波/干扰。另外，在步骤814中并且由图8F表示，也可以使用估计的仰角θ、通过将来自加速度计的速度数据投影到θ方向来补偿自运动。
在一些实施方式中，可以根据特定系统及其规范而省略步骤808。例如，在雷达传感器的FOV内不存在未被监测的对象的情况下，步骤808可能不是必要的。
在步骤810中，在步骤806中确定并且可选地根据波束整形步骤808修改的距离门被对齐在一起，如图8D和8E所示。图8D示出了指示针对两个雷达传感器：雷达传感器1和雷达传感器2的高响应距离门的表。该表表示与诸如通过角反射器手动结合的节点或参考点或附加至结构的参考地标点的被监测结构的几何特征对应的距离筐。来自两个传感器的距离筐对应于这些参考点。例如，参考点1对应于传感器1中的距离筐30和传感器2中的距离筐32；参考点2对应于传感器1中的距离筐52和传感器2中的距离筐47；参考点3对应于传感器1中的距离筐98和到传感器2的距离筐101。这可能是由于传感器相对于被监测结构的非对称放置而产生。
图8E示出了表，该表展示了来自不同的结构位置的新距离筐如何在相对于图8D所示的表所展示的预处理步骤中被一次对齐。来自传感器1的新的距离筐为41和51，而传感器2的新的距离筐为39、46和51。基于边界并且沿着在由节点距离筐指定的这些边界内的最近邻路径，距离筐41被分配/对齐到距离筐39，传感器1的距离筐51被分配/对齐到传感器2的距离筐46，并且距离筐51被单独处理成在传感器1中不具有相应的配对距离筐。在一些实施方式中，可以在监测开始之前使用离线或一次性处理来执行由图8D中所示的表所表示的操作。
在雷达传感器的距离门被对齐之后，在步骤812中每个雷达通道跨慢时间来捕获数据。在一些实施方式中，这涉及在多个距离FFT上记录经对齐的所识别的距离门。在一个特定示例中，以512μs间隔捕获慢时间数据。或者，取决于特定实施方式及其规范，可以使用其他间隔。
接下来，在步骤814中，调整所捕获的慢时间距离门数据，以补偿雷达传感器自身的自速度或运动。在一些实施方式中，物理地附接到毫米波雷达传感器的加速度计监测毫米波雷达传感器的运动并将运动数据提供给算法。在一个示例中，使用与雷达传感器集成的三维加速度计来测量雷达传感器自身的加速度。通过积分运算将三维加速度转换为速度，然后投影到由干涉雷达所监测的仰角θ上，如示出了与旋转速度矢量(Vx'，Vy'，Vz')和仰角θ有关的速度矢量(Vx，Vy，Vz)的图8F所示。在一些实施方式中，θ是在步骤808中的雷达传感器的波束整形设置中使用的预定仰角。
在一个实施方式中，(Vx，Vy，Vz)表示来自加速度计的、从其形成参考的取向所产生的速度矢量数据。根据波束整形步骤808，所计算的关注结构的仰角是相对于参考的特定仰角θ。因此，在任何给定时间处的速度矢量(Vx，Vy，Vz)数据被旋转到由期望仰角θ给出的相应轴。一旦速度矢量被旋转到新的坐标(Vx'，Vy'，Vz')，就可以确定与其中雷达测量正在经历扰动的雷达视线(LOS)方向对应的速度分量。例如，如果扰动由Vx'分量表示，则该Vx'分量可以用于补偿在测量的雷达数据中存在的雷达传感器的自运动。
基向量之间的坐标变换可以在xy平面中被定义如下：
以及
其中，是加速度计提供的沿其每个轴的速度矢量，是沿仰角的投影速度矢量，并且仅采用第一个元素来进行慢时间上的速度补偿，即可选地，如果雷达仰角的平面不同，则可以使用另外的矩阵旋转操作：
进行变换操作：
该旋转速度矢量可以以加速度计生成数据的速率来重新计算，该速率可以是与用于雷达数据补偿的速率不同的速率(例如，512μs)。在这样的实施方式中，可以采用多项式曲线拟合。例如，如果加速度计的采样速率不是雷达帧速率的整数倍，则可以使用曲线拟合。例如，如果雷达帧速率是100ms并且加速度计帧速率是150ms，则可以执行曲线拟合以估计100ms帧边界上的自运动分量的变化。这使得能够相对于雷达帧速率精确地补偿自速度。在一些实施方式中，如果加速度计速率的采样速率高于雷达帧速率，则执行下采样，然而，如果加速度计速率的采样速率低于雷达帧速率，则执行上采样以生成用于雷达数据补偿的每个慢时间间隔(例如，512μs)处的自速度参数。
自速度补偿可以被应用如下：
其中，λ是EM信号的波长，ts是慢时间间隔，并且s(ts)是在慢时间ts上来自特定距离筐的雷达数据。在各种实施方式中，速度分量用于补偿所有距离筐。例如，在s(ts)在离散时间中被表示为s(n)的实施方式中，n(其范围可以例如是从1个距离筐到1024个距离筐)表示距离筐。上述操作消除了随时间而沿雷达LOS的自速度，并且随后的残余相位变化归因于结构振动。
在步骤816处，对距离门应用一个或更多个干涉多普勒滤波器组，以便提取干涉相位。在一些实施方式中，这些多普勒滤波器组是被配置成监测来自特定频率分量的波动/振动的频率间隔的带通滤波器。这些滤波器组可以例如使用无限脉冲响应(IIR)或有限输入响应(FIR)滤波器来被数字地实现。
在步骤818中，将多普勒滤波器组中的每一个的输出与相应阈值进行比较，并且在步骤820中，通过创建与其经滤波的输出超过预定阈值的每个距离门相对应的移位/频率配对的矢量，来评估每个阈值的输出。例如，一个示例矢量集可以是：
(di,fi)＝{(0.75mm,1.2Hz),(0.35mm,2.1Hz),(1.25mm,0.65Hz)}。
上面的矢量(di,fi)表示通过中心频率为1.2Hz的多普勒滤波器对0.75mm距离门的评估超过第一预定阈值，通过中心频率为2.1Hz的多普勒滤波器对0.35mm距离门的评估超过第二预定阈值以及通过中心频率为0.65Hz的多普勒滤波器对1.25mm距离门的评估超过第三预定阈值的情况。应当理解，这是数值示例。取决于特定传感器系统和正被监测的结构对象，其他结果也是可能的。
最后，在步骤822中，基于在步骤820中的毫米波雷达测量的评估来执行风险评估。在一个实施方式中，执行超过移位/频率配对的阈值的加权和，以产生如下风险度量：
其中，N表示滤波器组的数量，N雷达表示照亮结构的雷达的数量，dmax(i)是在频率i处的最大可接受位移，并且wi表示预关联到频率i的加权函数。加权函数可以是均匀的或随频率线性增加。例如，较高的权重可能与较高的频率位移相关联，其指示较高的风险。应当理解，上面示出的加权函数仅是许多示例实施方式加权函数中之一。取决于特定实施方式及其规范，可以使用其他加权函数。
在毫米波雷达传感器1和2相对于正被监测的结构而具有不同LOS的实施方式中，上述风险函数表示基于在步骤816中得到的两个干涉相位的结构对象的二维移位/振动历史。
现在参照图9，提供了根据本发明的实施方式的处理系统900的框图。处理系统900描绘了通用平台以及可以用于实现根据实施方式的雷达系统和/或与根据实施方式的雷达系统对接的外部计算机或处理设备的各部分的一般部件和功能。处理系统900可以包括例如连接到总线908的中央处理单元(CPU)902、存储器904以及大容量存储设备906，并且被配置成执行上述处理。在期望或需要时，处理系统900还可以包括：提供到本地显示器912的连接的视频适配器910；以及用于向诸如鼠标、键盘、打印机、磁带驱动器、CD驱动器等的一个或更多个输入/输出设备916提供输入/输出接口的输入输出(I/O)适配器914。
处理系统900还包括网络接口918，其可以使用被配置成耦接到诸如以太网电缆、USB接口等的有线链路和/或用于与网络920通信的无线/蜂窝链路的网络适配器来实现。网络接口918还可以包括用于无线通信的合适的接收器和发射器。应当注意，处理系统900可以包括其他部件。例如，处理系统900可以包括电源、电缆、主板、可移动存储介质、壳体等。尽管未示出，但是这些其他部件被认为是处理系统900的一部分。
这里总结了本发明的示例实施方式。根据说明书和本文提交的权利要求的全部内容也可以理解其他实施方式。
示例1：一种监测结构对象的方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；从第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及基于所提取的第一干涉相位确定结构对象的结构完整性。
示例2：根据示例1的方法，还包括：测量第一毫米波雷达传感器的运动；以及调整第一组雷达数据以补偿所测量的第一毫米波雷达传感器的运动。
示例3：根据示例2的方法，其中，测量第一毫米波雷达传感器的运动包括：使用物理地附接到第一毫米波雷达传感器的第一加速度计。
示例4：根据示例1-3中的一项的方法，其中，执行第一组雷达测量包括：使用第一毫米波雷达传感器的天线阵列对波束整形。
示例5：根据示例1-4中的一项的方法，其中，提取第一干涉相位包括：根据第一组雷达数据确定第一组距离门；以及使用多普勒干涉滤波器对第一组距离门进行滤波。
示例6：根据示例5的方法，其中，确定结构对象的结构完整性包括：将第一干涉相位与阈值进行比较。
示例7：根据示例5的方法，其中，多普勒干涉滤波器包括被配置成产生多个第一干涉相位的多个多普勒干涉滤波器；并且确定结构对象的结构完整性包括：将多个第一干涉相位与对应的多个阈值进行比较以产生第一组阈值结果。
示例8：根据示例7的方法，其中，确定结构对象的结构完整性还包括：计算第一组阈值结果的加权和。
示例9：根据示例8的方法，还包括：在加权和超过第二阈值的情况下，发送警告消息。
示例10：根据示例1-9中的一项的方法，还包括：使用第二毫米波雷达传感器执行第二组雷达测量以产生第二组雷达数据；以及从第二组雷达测量中提取第二干涉相位，其中，确定结构对象的结构完整性还包括：基于第二干涉相位确定结构对象的结构完整性。
示例11：根据示例10的方法，其中，第一毫米波雷达传感器和第二毫米波雷达传感器相对于结构对象而具有不同的视线(LOS)，并且该方法还包括：基于第一干涉相位和第二干涉相位确定结构对象的二维移位历史。
示例12：根据示例10或11的方法，其中，提取第一干涉相位包括：根据第一组雷达数据确定第一组距离门，以及使用第一多个多普勒干涉滤波器对第一组距离门进行滤波；提取第二干涉相位包括：根据第二组雷达数据确定第二组距离门，以及使用第二多个多普勒干涉滤波器对第二组距离门进行滤波；并且确定结构对象的结构完整性包括：将第一多个多普勒干涉滤波器的第一输出与对应的第一多个阈值进行比较以产生第一组阈值结果，将第二多个多普勒干涉滤波器的第二输出与对应的第二多个阈值进行比较以产生第二组阈值结果，确定第一组阈值结果的第一加权和，确定第二组阈值结果的第二加权和，以及确定第一加权和和第二加权和的第三加权和。
示例13：根据示例12的方法，还包括：将第一组距离门与第二组距离门对齐。
示例14：根据示例1-13中的一项的方法，其中，结构对象包括桥梁。
示例15：根据示例1-14中的一项的方法，还包括：基于所提取的第一干涉相位来确定结构对象的振荡频率。
示例16：一种监测结构对象的方法包括：使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据，其中，第一毫米波雷达传感器被安装到结构对象；从第一组雷达测量中提取距离门；使用多普勒干涉滤波器，基于以慢时间所提取的距离门而计算结构对象的移位历史；将所计算的移位历史与预定阈值进行比较；以及在所计算的移位历史超过预定阈值的情况下发送警告消息。
示例17：根据示例16的方法，其中，第一组雷达测量包括结构对象的距离数据、速度数据和角度数据。
示例18：根据示例16或17的方法，其中，结构对象包括电线杆或路灯。
示例19：根据示例16-18中的一项的方法，还包括：在提取距离门之前从第一组雷达测量中滤除AC线频率。
示例20：一种用于监测结构对象的系统包括：第一毫米波雷达传感器；耦接到第一毫米波雷达传感器的处理器，该处理器被配置成从通过第一毫米波雷达传感器产生的第一组雷达测量中提取第一干涉相位，并且基于所提取的第一干涉相位确定结构对象的结构完整性。
示例21：根据示例20的系统，还包括第一加速度计，第一加速度计物理地附接到第一毫米波雷达传感器并且可操作地耦接到处理器，其中，处理器还被配置成调整第一组雷达测量以补偿由第一加速度计测量的第一毫米波雷达传感器的运动。
示例22：根据示例20或21的系统，还包括耦接到处理器的数字接口，该数字接口被配置成在所确定的结构完整性超过第一条件的情况下发送警告消息。
各实施方式的优点包括能够以高度的准确性和可重复性来同时且远程地估计民用结构的不同部分的移位。在一些实施方式中，可以以亚毫米的移位精度来监测诸如桥梁、斜拉桥梁和塔的民用结构的环境变化。
另外的优点包括：能够将根据实施方式的雷达传感器部署成远离正被监测的对象达几百米，从而避免与被监测的结构接触。这种雷达系统也可以安全且廉价地被安装。另外的优点包括根据实施方式的雷达传感器系统能够远程地工作并且能够在恶劣天气条件下工作。
虽然已经参考说明性实施方式描述了本发明，但是该描述并非旨在被解释成限制性的意义。对于本领域技术人员而言，在参考该描述时，说明性实施方式以及本发明的其他实施方式的各种修改和组合将是明显的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施方式。

Claims (22)

1.一种监测结构对象的方法，所述方法包括：
使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；
从所述第一组雷达测量中提取第一干涉相位；以及
基于所提取的第一干涉相位而确定所述结构对象的结构完整性。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
测量所述第一毫米波雷达传感器的运动；以及
调整所述第一组雷达数据以补偿所测量的所述第一毫米波雷达传感器的运动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，测量所述第一毫米波雷达传感器的运动包括：使用物理地附接到所述第一毫米波雷达传感器的第一加速度计。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述第一组雷达测量包括：使用所述第一毫米波雷达传感器的天线阵列对波束整形。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，提取所述第一干涉相位包括：
根据所述第一组雷达数据而确定第一组距离门；以及
使用多普勒干涉滤波器对所述第一组距离门进行滤波。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述结构对象的结构完整性包括：将所述第一干涉相位与阈值进行比较。
7.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述多普勒干涉滤波器包括被配置成产生多个第一干涉相位的多个多普勒干涉滤波器；以及
确定所述结构对象的结构完整性包括：将所述多个第一干涉相位与相应的多个阈值进行比较以产生第一组阈值结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述结构对象的结构完整性还包括：计算所述第一组阈值结果的加权和。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述加权和超过第二阈值的情况下，发送警告消息。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用第二毫米波雷达传感器执行第二组雷达测量以产生第二组雷达数据；以及
从所述第二组雷达测量中提取第二干涉相位，
其中，确定所述结构对象的结构完整性还包括：基于所述第二干涉相位而确定所述结构对象的结构完整性。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一毫米波雷达传感器和所述第二毫米波雷达传感器相对于所述结构对象具有不同的视线，并且所述方法还包括：基于所述第一干涉相位和所述第二干涉相位而确定所述结构对象的二维移位历史。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：
提取所述第一干涉相位包括：根据所述第一组雷达数据而确定第一组距离门，以及使用第一多个多普勒干涉滤波器对所述第一组距离门进行滤波；
提取所述第二干涉相位包括：根据所述第二组雷达数据而确定第二组距离门，以及使用第二多个多普勒干涉滤波器对所述第二组距离门进行滤波；并且
确定所述结构对象的结构完整性包括：
将所述第一多个多普勒干涉滤波器的第一输出与相应的第一多个阈值进行比较以产生第一组阈值结果，
将所述第二多个多普勒干涉滤波器的第二输出与相应的第二多个阈值进行比较以产生第二组阈值结果，
确定所述第一组阈值结果的第一加权和，
确定所述第二组阈值结果的第二加权和，以及
确定所述第一加权和和所述第二加权和的第三加权和。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：将所述第一组距离门与所述第二组距离门对齐。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结构对象包括桥梁。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所提取的第一干涉相位来确定所述结构对象的振荡频率。
16.一种监测结构对象的方法，所述方法包括：
使用第一毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据，其中，所述第一毫米波雷达传感器被安装到所述结构对象；
从所述第一组雷达测量中提取距离门；
使用多普勒干涉滤波器，基于以慢时间提取的距离门计算所述结构对象的移位历史；
将所计算的移位历史与预定阈值进行比较；以及
在所计算的移位历史超过所述预定阈值的情况下发送警告消息。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一组雷达测量包括所述结构对象的距离数据、速度数据和角度数据。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述结构对象包括电线杆或路灯。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：在提取所述距离门之前，从所述第一组雷达测量中滤除AC线频率。
20.一种用于监测结构对象的系统，所述系统包括：
第一毫米波雷达传感器；以及
耦接到所述第一毫米波雷达传感器的处理器，所述处理器被配置成从由所述第一毫米波雷达传感器执行的第一组雷达测量中提取第一干涉相位，并且基于所提取的第一干涉相位而确定所述结构对象的结构完整性。
21.根据权利要求20所述的系统，还包括第一加速度计，所述第一加速度计物理地附接到所述第一毫米波雷达传感器并且可操作地耦接到所述处理器，其中，所述处理器还被配置成调整所述第一组雷达测量以补偿由所述第一加速度计测量的所述第一毫米波雷达传感器的运动。
22.根据权利要求20所述的系统，还包括耦接到所述处理器的数字接口，所述数字接口被配置成在所确定的结构完整性超过第一条件的情况下发送警告消息。
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