CN111624598A - 一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法 - Google Patents

一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法 Download PDF

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CN111624598A CN202010527232.8A CN202010527232A CN111624598A CN 111624598 A CN111624598 A CN 111624598A CN 202010527232 A CN202010527232 A CN 202010527232A CN 111624598 A CN111624598 A CN 111624598A
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Abstract

本发明提供了一种基于FMCW毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，包括以下步骤：步骤一，雷达接收目标反射的回波信号，处理后进行经离散化采样生成复信号序列；步骤二，将复信号序列进行分割、重排得到复信号矩阵；步骤三，圆拟合并估计参数，校正复信号；步骤四，提取校正后复信号矩阵相位信息；步骤五，帧间相位跳变处理；步骤六，得到结构动态变形时域信号。本发明利用FMCW毫米波雷达进行结构动态变形的非接触式测量，准确估计目标所处的距离单元并提取相位信息，进而将相位变化转换为动态变形量，通过一发多收的模式，提高测量精度。同时本方法滤除了信号中的直流分量、抑制了测量时由帧间相位跳变所引起的测量误差。

Description

一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法
技术领域
本发明涉及结构动态变形测量领域，具体是一种基于FMCW毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法。
背景技术
结构动态变形广泛存在于生产生活中，其作为一种健康监测和故障诊断领域中重要的监测指标备受人们关注。一般的，在结构动态变形监测中最常采用的是加速度计、位移计等接触式测量仪表，但接触式测量仪表有时会受到现场条件的限制，如：空间较小、空间密闭等，不便于设备安装，且当监测对象为机械设备时，有时由于机械设备自身运行时会产生较多的热量，会对接触式测量仪表测量精度产生较大影响，不能准确得出结构动态变形量。
雷达是一种低成本的非接触式测量手段，能够在中短程距离内实现距离的测量。毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的优点，同时毫米波对烟雾、灰尘的穿透力更强，具有全天时全天候的测量能力。
FMCW毫米波雷达通过发送和接收调频连续波，经过信号处理，能够将不易被雷达直接感知的微小变形间接由易被雷达感知的相位变化表达出来，从而测得结构的动态变形量。目前毫米波雷达已经初步用于生命体征监测领域和结构健康监测领域。但是由于雷达基带信号受到杂波影响，会产生一定的偏移现象，此外系统发射调频连续波时，帧间有可能存在相位的突变，这会对测量精度产生影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，包括以下步骤：
S1、雷达接收目标反射的回波信号，处理后进行离散化采样生成复信号序列
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
；
S2、将复信号序列进行分割、重排得到复信号矩阵
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
；
S3、圆拟合并估计参数，校正复信号
Figure 417952DEST_PATH_IMAGE004
；
S4、提取校正后复信号矩阵
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
相位信息；
S5、帧间相位跳变处理；
S6、得到结构动态变形时域信号。
优选的，所述S1中对回波信号进行正交混频并取下变频信号获取复信号序列
Figure 285020DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 599327DEST_PATH_IMAGE002
可用幅值相同、相位差为90°的两正交信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
表示，记为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 561467DEST_PATH_IMAGE002
是复信号序列，
Figure 189894DEST_PATH_IMAGE008
表示复信号序列中的同向信号，
Figure 491563DEST_PATH_IMAGE010
表示复信号序列中的正交信号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
表示虚数单位。
优选的，所述S2中对复信号序列
Figure 914454DEST_PATH_IMAGE002
进行分割、重排得到复信号矩阵
Figure 363890DEST_PATH_IMAGE004
的方式为：
对单个
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
天线数据，以帧为处理单元，共分割为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
段，每段数据量为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
，重排后的复信号矩阵
Figure 923571DEST_PATH_IMAGE004
形式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
，对于多天线数据，按照使用天线数，重复单天线数据处理方法，重排后复信号矩阵形式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，
Figure 876484DEST_PATH_IMAGE018
为发射帧数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
为每帧包含的啁啾信号数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
为每个啁啾信号中采样点数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
为使用接收天线数。
优选的，所述S3中圆拟合并估计参数，校正复信号
Figure 735855DEST_PATH_IMAGE004
的方法为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
表示点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
与圆心估计位置的距离，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 531642DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 764522DEST_PATH_IMAGE010
中第
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
点的值，X、Y为圆心估计位置，R为圆估计半径，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
为对应的点与圆心估计位置的距离和圆估计半径的平方差之和；
如
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
则剔除对应点
Figure 899837DEST_PATH_IMAGE038
后，按照参数估计方法重新进行参数估计，求得剔除对应点后所估计圆心的位置X、Y，令：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
得到校正后的复信号
Figure 930110DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
。
优选的，所述S4中提取校正后复信号矩阵
Figure 26242DEST_PATH_IMAGE006
相位信息的具体步骤为：
估计
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
中信号的幅值最大值，根据幅值索引其对应复数表示，将索引结果记为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
，共
Figure 755424DEST_PATH_IMAGE030
层，每层包含
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
个数据；
依据
Figure 682929DEST_PATH_IMAGE058
估计信号初始相位值，记为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 884103DEST_PATH_IMAGE062
共
Figure 467531DEST_PATH_IMAGE030
层，每层包含
Figure 779563DEST_PATH_IMAGE060
个数据，计算方法为反正切相位解调。
优选的，所述S5中帧间相位跳变处理的方法为：以衔接处前值与后值的均值替换帧间衔接处的相位值，记作：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
式中，
Figure 764837DEST_PATH_IMAGE026
为每帧包含的啁啾信号数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
为前一帧内最后一个啁啾信号中表征目标点的相位值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
为帧间衔接处的相位值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
为后一帧内第二个啁啾信号中待测目标点的相位值。
优选的，所述S6中结构动态变形时域信号由相位值转换而来，各天线测得结构动态变形量计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE072
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE074
式中：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE076
表示物体的相对动态变形，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE078
表示毫米波波长；
一发多收测量中,求取天线间相位差
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE080
，表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE082
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE084
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE086
··
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE088
表示各
Figure 451427DEST_PATH_IMAGE016
天线数据提取出的相位矩阵，
Figure 584468DEST_PATH_IMAGE080
表示天线与
Figure 637874DEST_PATH_IMAGE014
天线相位差；
目标到达角度可表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE090
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE092
为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE094
天线与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE096
天线计算得到的到达角，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE098
为相邻
Figure 661675DEST_PATH_IMAGE016
天线间距离，
Figure 142335DEST_PATH_IMAGE078
表示调频连续波波长。
以
Figure 497093DEST_PATH_IMAGE094
天线测得相对变形量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE100
为基准，对各
Figure 354191DEST_PATH_IMAGE016
天线测得相对变形量进行校准，其计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE102
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE104
式中：
Figure 173111DEST_PATH_IMAGE100
表示
Figure 824672DEST_PATH_IMAGE094
天线测得相对变形量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE106
表示
Figure 932306DEST_PATH_IMAGE096
天线测得相对变形量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE108
表示两接收天线测得的相对动态变形量的差；
取各
Figure 327515DEST_PATH_IMAGE016
天线校正后相对变形量的均值，作为最终测量结构动态变形量，记为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE110
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE112
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE114
表示各天线校正后相对动态变形量均值，
Figure 942DEST_PATH_IMAGE030
为一发多收测量中采用的
Figure 88983DEST_PATH_IMAGE016
天线数目，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE116
表示
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE118
天线校正后的相对动态变形量。
本发明的有益效果是：
1、本发明，提供了一种基于FMCW毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，以FMCW毫米波雷达为测量手段，通过提取接收信号中相位的变化信息，从而计算出每个天线测得的结构动态变形量。
2、本发明，采用一发多收的模式，在降低杂波信号干扰的同时，利用多个
Figure 483580DEST_PATH_IMAGE016
天线，对由天线位置不同造成的到达角度的微小变化进行校正，极大减小单天线测量带来的误差，提高了测量的准确性与可靠性，实现了高精度结构动态变形测量。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于FMCW毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法的流程示意图；
图2为本发明提供的
Figure 682480DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 85780DEST_PATH_IMAGE010
时域波形图；
图3为本发明提供的单天线数据重排示意图；
图4为本发明提供的多天线数据重排后结构示意图；
图5为本发明提供的峰值定位示意图；
图6为本发明提供的测量静态物体时帧间相位校正前后对比示意图；
图7为各天线测量路程差示意。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例：如图1所示，本发明提供了一种基于FMCW毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，包括以下步骤：
步骤一（S1）、雷达接收目标反射的回波信号，处理后进行离散化采样生成复信号序列
Figure 407040DEST_PATH_IMAGE002
；
对回波信号进行正交混频并取下变频信号获取复信号序列
Figure 161369DEST_PATH_IMAGE002
，如图2所示
Figure 960698DEST_PATH_IMAGE002
可用幅值相同、相位差为90°的两正交信号
Figure 484083DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 976244DEST_PATH_IMAGE010
表示，记为：
Figure 952291DEST_PATH_IMAGE012
式中：
Figure 492993DEST_PATH_IMAGE002
是复信号序列，
Figure 198781DEST_PATH_IMAGE008
表示复信号序列中的同向信号，
Figure 533948DEST_PATH_IMAGE010
表示复信号序列中的正交信号，
Figure 325186DEST_PATH_IMAGE014
表示虚数单位。
步骤二（S2），将复信号序列
Figure 404001DEST_PATH_IMAGE002
进行分割、重排得到复信号矩阵
Figure 901978DEST_PATH_IMAGE004
；
如图3所示，其中，
Figure 470363DEST_PATH_IMAGE018
为发射帧数，
Figure 686580DEST_PATH_IMAGE026
为每帧包含的啁啾信号数，
Figure 569086DEST_PATH_IMAGE028
为每个啁啾信号中采样点数,对单个
Figure 983886DEST_PATH_IMAGE016
天线数据，以帧为处理单元，共分割为
Figure 926435DEST_PATH_IMAGE018
段，每段数据量为
Figure 423756DEST_PATH_IMAGE020
。重排后的复信号矩阵
Figure 844373DEST_PATH_IMAGE004
形式为
Figure 316943DEST_PATH_IMAGE022
。对于多天线数据，按照使用天线数，重复单天线数据处理方法，如图4所示，其中，为发射帧数，为每帧包含的啁啾信号数，为每个啁啾信号中采样点数，为接收天线数,重排后复信号矩阵形式为
Figure 227130DEST_PATH_IMAGE024
。
其中，
Figure 152361DEST_PATH_IMAGE018
为发射帧数，
Figure 376669DEST_PATH_IMAGE026
为每帧包含的啁啾信号数，
Figure 766062DEST_PATH_IMAGE028
为每个啁啾信号中采样点数，
Figure 50413DEST_PATH_IMAGE030
为使用接收天线数。
步骤三（S3），圆拟合并估计参数，校正复信号
Figure 525256DEST_PATH_IMAGE004
的方法为：
Figure 287676DEST_PATH_IMAGE032
Figure 531576DEST_PATH_IMAGE034
式中：
Figure 986828DEST_PATH_IMAGE036
表示点
Figure 948968DEST_PATH_IMAGE038
与圆心估计位置的距离，
Figure 515078DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 551167DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 239637DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 626756DEST_PATH_IMAGE010
中第
Figure 793296DEST_PATH_IMAGE044
点的值，
Figure DEST_PATH_IMAGE120
、
Figure DEST_PATH_IMAGE122
为圆心估计位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE124
为圆估计半径，
Figure 14717DEST_PATH_IMAGE046
为对应的点与圆心估计位置的距离和圆估计半径的平方差之和。
如
Figure 811772DEST_PATH_IMAGE048
则剔除对应点
Figure 482925DEST_PATH_IMAGE038
后，按照以上参数估计方法重新进行参数估计，求得剔除对应点后所估计圆心的位置
Figure 656417DEST_PATH_IMAGE120
、
Figure 729415DEST_PATH_IMAGE122
。令：
Figure 697371DEST_PATH_IMAGE050
Figure 793503DEST_PATH_IMAGE052
得到校正后的复信号
Figure 301845DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 432612DEST_PATH_IMAGE054
步骤四（S4），提取校正后复信号矩阵
Figure 571469DEST_PATH_IMAGE006
相位信息的具体步骤为：
对复信号矩阵
Figure 217214DEST_PATH_IMAGE006
按列进行频域变换，得到
Figure 466930DEST_PATH_IMAGE006
的频域表示
Figure 514520DEST_PATH_IMAGE056
转换方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE126
式中，abs表示复数幅值操作，
Figure 824279DEST_PATH_IMAGE028
为每个啁啾信号中采样点数。
估计
Figure 957320DEST_PATH_IMAGE056
中信号的幅值最大值，根据幅值索引其对应复数表示，将索引结果记为
Figure DEST_PATH_IMAGE128
，
Figure 73044DEST_PATH_IMAGE128
共
Figure DEST_PATH_IMAGE130
层，每层包含
Figure 912824DEST_PATH_IMAGE060
个数据。记为：
Figure DEST_PATH_IMAGE132
因测量对象与测量环境相比，其反射能量更强，因此一般可以直接估计频谱中能量最大值处，以此表示目标单元即可，估计效果如图5所示。
幅值估计并索引对应复数表示方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE134
Figure DEST_PATH_IMAGE136
式中，max表示峰值定位操作，
Figure DEST_PATH_IMAGE138
为峰值，
Figure DEST_PATH_IMAGE140
为
Figure 577505DEST_PATH_IMAGE138
对应复数点在一维数组中所处的位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE142
为
Figure 932262DEST_PATH_IMAGE056
中每列第
Figure 789360DEST_PATH_IMAGE140
个复数点。
依据
Figure 483647DEST_PATH_IMAGE128
估计信号初始相位值，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE144
，
Figure 197525DEST_PATH_IMAGE144
共
Figure 305158DEST_PATH_IMAGE130
层，每层包含
Figure 700367DEST_PATH_IMAGE060
个数据，计算方法为反正切相位解调；
步骤五（S5），帧间相位跳变处理的方法为：以衔接处前值与后值的均值替换帧间衔接处的相位值，记作：
Figure 249160DEST_PATH_IMAGE064
式中，
Figure 399519DEST_PATH_IMAGE026
为每帧包含的啁啾信号数，
Figure 666552DEST_PATH_IMAGE066
为前一帧内最后一个啁啾信号中表征目标点的相位值，
Figure 599873DEST_PATH_IMAGE068
为帧间衔接处的相位值，
Figure 331069DEST_PATH_IMAGE070
为后一帧内第二个啁啾信号中待测目标点的相位值。
帧间相位跳变处理效果如图6所示（放大后可查阅彩色图）。
步骤六（S6），得到结构动态变形时域信号，结构动态变形时域信号由相位值转换而来。各
Figure 590012DEST_PATH_IMAGE016
天线测得结构动态变形量计算公式为：
Figure 144008DEST_PATH_IMAGE072
Figure 146600DEST_PATH_IMAGE074
式中：
Figure 669985DEST_PATH_IMAGE076
表示物体的相对动态变形，
Figure 896567DEST_PATH_IMAGE078
表示毫米波波长。
一发多收测量中,求取天线间相位差
Figure 138192DEST_PATH_IMAGE080
，表示为：
Figure 678895DEST_PATH_IMAGE082
其中，
Figure 119104DEST_PATH_IMAGE084
、
Figure 719849DEST_PATH_IMAGE086
··
Figure 245508DEST_PATH_IMAGE088
表示各
Figure 589902DEST_PATH_IMAGE016
天线数据提取出的相位矩阵，
Figure 87880DEST_PATH_IMAGE080
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE146
天线与
Figure 656264DEST_PATH_IMAGE014
天线相位差。
目标到达角度
Figure DEST_PATH_IMAGE148
可表示为：
Figure 934799DEST_PATH_IMAGE090
式中，
Figure 817304DEST_PATH_IMAGE092
为
Figure 232105DEST_PATH_IMAGE094
天线与
Figure 909074DEST_PATH_IMAGE096
天线计算得到的到达角，
Figure 409325DEST_PATH_IMAGE098
为相邻
Figure 95522DEST_PATH_IMAGE016
天线间距离，
Figure 385337DEST_PATH_IMAGE078
表示调频连续波波长。
如图7所示，其中，①为待测点、②为到达角度
Figure DEST_PATH_IMAGE150
、③为到达角度
Figure DEST_PATH_IMAGE152
、
Figure 561103DEST_PATH_IMAGE098
为相邻
Figure 486334DEST_PATH_IMAGE016
天线间距离、
Figure DEST_PATH_IMAGE154
为
Figure DEST_PATH_IMAGE156
天线测得值、
Figure DEST_PATH_IMAGE158
为
Figure DEST_PATH_IMAGE160
天线测得值、
Figure DEST_PATH_IMAGE162
为目标到两天线的路程差,天线间路程差
Figure DEST_PATH_IMAGE164
为天线间距离乘以到达角度的正弦值得到，记为：
Figure DEST_PATH_IMAGE166
因此，
Figure 897593DEST_PATH_IMAGE094
天线的相对动态变形量表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE168
Figure DEST_PATH_IMAGE170
天线的相对动态变形量表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE172
两天线间相对变形量的差为：
Figure DEST_PATH_IMAGE174
以
Figure 349302DEST_PATH_IMAGE094
天线测得相对变形量
Figure 695970DEST_PATH_IMAGE100
为基准，对各
Figure 842918DEST_PATH_IMAGE016
天线测得相对变形量进行校准。其计算公式为：
Figure 936163DEST_PATH_IMAGE102
Figure 117746DEST_PATH_IMAGE104
式中：
Figure 572998DEST_PATH_IMAGE100
表示
Figure 535138DEST_PATH_IMAGE094
天线测得相对变形量，
Figure 101248DEST_PATH_IMAGE106
表示
Figure 199654DEST_PATH_IMAGE096
天线测得相对变形量，
Figure 825808DEST_PATH_IMAGE108
表示两接收天线测得的相对动态变形量的差。
取各
Figure 947347DEST_PATH_IMAGE016
天线校正后相对变形量的均值，作为最终测量结构动态变形量，记为：
Figure 379466DEST_PATH_IMAGE110
Figure 535641DEST_PATH_IMAGE112
式中，
Figure 395012DEST_PATH_IMAGE114
表示各天线校正后相对动态变形量均值，
Figure 3848DEST_PATH_IMAGE030
为一发多收测量中采用的
Figure 974078DEST_PATH_IMAGE016
天线数目，
Figure 984760DEST_PATH_IMAGE116
表示
Figure 15032DEST_PATH_IMAGE118
天线校正后的相对动态变形量。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“ 顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、雷达接收目标反射的回波信号，处理后进行离散化采样生成复信号序列
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
S2、将复信号序列进行分割、重排得到复信号矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
S3、圆拟合并估计参数，校正复信号
Figure 447354DEST_PATH_IMAGE004
；
S4、提取校正后复信号矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE006
相位信息；
S5、帧间相位跳变处理；
S6、得到结构动态变形时域信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，其特征在于，所述S1中对回波信号进行正交混频并取下变频信号获取复信号序列
Figure 426811DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 268865DEST_PATH_IMAGE002
可用幅值相同、相位差为90°的两正交信号
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示，记为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 726391DEST_PATH_IMAGE002
是复信号序列，
Figure 606010DEST_PATH_IMAGE008
表示复信号序列中的同向信号，
Figure 428472DEST_PATH_IMAGE010
表示复信号序列中的正交信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示虚数单位。
3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，其特征在于，所述S2中对复信号序列
Figure 757823DEST_PATH_IMAGE002
进行分割、重排得到复信号矩阵
Figure 956723DEST_PATH_IMAGE004
的方式为：
对单个
Figure DEST_PATH_IMAGE016
天线数据，以帧为处理单元，共分割为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
段，每段数据量为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，重排后的复信号矩阵
Figure 750235DEST_PATH_IMAGE004
形式为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，对于多天线数据，按照使用天线数，重复单天线数据处理方法，重排后复信号矩阵形式为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，
Figure 805916DEST_PATH_IMAGE018
为发射帧数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为每帧包含的啁啾信号数，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为每个啁啾信号中采样点数，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为使用接收天线数。
4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，其特征在于，所述S3中圆拟合并估计参数，校正复信号
Figure 622562DEST_PATH_IMAGE004
的方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
表示点
Figure DEST_PATH_IMAGE038
与圆心估计位置的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 543595DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 129297DEST_PATH_IMAGE010
中第
Figure DEST_PATH_IMAGE044
点的值，X、Y为圆心估计位置，R为圆估计半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为对应的点与圆心估计位置的距离和圆估计半径的平方差之和；
如
Figure DEST_PATH_IMAGE048
则剔除对应点
Figure 621458DEST_PATH_IMAGE038
后，按照参数估计方法重新进行参数估计，求得剔除对应点后所估计圆心的位置X、Y，令：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
Figure DEST_PATH_IMAGE052
得到校正后的复信号
Figure 925401DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
。
5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，其特征在于，所述S4中提取校正后复信号矩阵
Figure 262841DEST_PATH_IMAGE006
相位信息的具体步骤为：
估计
Figure DEST_PATH_IMAGE056
中信号的幅值最大值，根据幅值索引其对应复数表示，将索引结果记为
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，共
Figure 30946DEST_PATH_IMAGE030
层，每层包含
Figure DEST_PATH_IMAGE060
个数据；
依据
Figure 366112DEST_PATH_IMAGE058
估计信号初始相位值，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 157351DEST_PATH_IMAGE062
共
Figure 301412DEST_PATH_IMAGE030
层，每层包含
Figure 799389DEST_PATH_IMAGE060
个数据，计算方法为反正切相位解调。
6.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，其特征在于，所述S5中帧间相位跳变处理的方法为：以衔接处前值与后值的均值替换帧间衔接处的相位值，记作：
Figure DEST_PATH_IMAGE064
式中，
Figure 633353DEST_PATH_IMAGE026
为每帧包含的啁啾信号数，
Figure DEST_PATH_IMAGE066
为前一帧内最后一个啁啾信号中表征目标点的相位值，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
为帧间衔接处的相位值，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为后一帧内第二个啁啾信号中待测目标点的相位值。
7.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的结构动态变形测量信号处理方法，其特征在于，所述S6中结构动态变形时域信号由相位值转换而来，各天线测得结构动态变形量计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE072
Figure DEST_PATH_IMAGE074
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
表示物体的相对动态变形，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
表示毫米波波长；
一发多收测量中,求取天线间相位差
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE082
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
、
Figure DEST_PATH_IMAGE086
··
Figure DEST_PATH_IMAGE088
表示各
Figure 895576DEST_PATH_IMAGE016
天线数据提取出的相位矩阵，
Figure 778081DEST_PATH_IMAGE080
表示天线与
Figure 130565DEST_PATH_IMAGE014
天线相位差；
目标到达角度可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE090
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为
Figure DEST_PATH_IMAGE094
天线与
Figure DEST_PATH_IMAGE096
天线计算得到的到达角，
Figure DEST_PATH_IMAGE098
为相邻
Figure 280572DEST_PATH_IMAGE016
天线间距离，
Figure 718507DEST_PATH_IMAGE078
表示调频连续波波长；
以
Figure 201441DEST_PATH_IMAGE094
天线测得相对变形量
Figure DEST_PATH_IMAGE100
为基准，对各
Figure 736327DEST_PATH_IMAGE016
天线测得相对变形量进行校准，其计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE102
Figure DEST_PATH_IMAGE104
式中：
Figure 912094DEST_PATH_IMAGE100
表示
Figure 837324DEST_PATH_IMAGE094
天线测得相对变形量，
Figure DEST_PATH_IMAGE106
表示
Figure 123949DEST_PATH_IMAGE096
天线测得相对变形量，
Figure DEST_PATH_IMAGE108
表示两接收天线测得的相对动态变形量的差；
取各
Figure 247763DEST_PATH_IMAGE016
天线校正后相对变形量的均值，作为最终测量结构动态变形量，记为：
Figure DEST_PATH_IMAGE110
Figure DEST_PATH_IMAGE112
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE114
表示各天线校正后相对动态变形量均值，
Figure 594431DEST_PATH_IMAGE030
为一发多收测量中采用的
Figure 72204DEST_PATH_IMAGE016
天线数目，
Figure DEST_PATH_IMAGE116
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE118
天线校正后的相对动态变形量。
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