CN113075465A - 一种标签编码天线反射系数测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种标签编码天线反射系数测量方法。在结构健康检测领域，可以通过布置在其上传感器的参数变化来判断和预测建筑物的结构变化。传统的传感器参数的测量采集更多的是使用矢量网络分析仪，本发明提供了一种基于通用软件无线电外设(USRP)平台的标签编码天线器件的反射系数测量方法。该方法基于上述的软硬件平台，配合定向耦合器等器件，通过在软件端对于USRP的配置和后续对于数据的处理，对贴在建筑物上面的标签编码天线进行参数测量。相比于传统的矢量网络分析仪的测量方案，该方法能够增加实验的灵活度，同时可以掌握更多影响建筑结构健康因素的特征参数，对于建筑结构的健康程度做出更合理的分析。
Description
技术领域
本发明涉及高频电子电路的标签编码天线参数测量领域。
技术背景
传统的天线设计中，人们一般更加注重于天线的性能表现，因此更多的重点都放在了天线功能的设计上，在对其进行参数测试的过程中往往使用矢量网络分析仪进行测试。这样测试一方面确实可以保证测试结果的准确性，但是另一方面，囿于其测试环境和方法的相对不变性，缺乏一些的灵活性，同时网分的测量方法较为固定，不便于将其他的测量算法移植到其中。另一方面，在一些更加复杂的测试场景中，利用网络分析仪可能会有很多不便。
此外，由于智能传感器技术的进步，将天线传感器用于SHM(结构健康检测)并嵌入到实际的测量环境中对于大型建筑结构进行检测也逐渐成为一种趋势。在具体的设计过程中，一般考虑将天线的编码部分和天线的应变测量部分分开设计，并随之嵌入到具体的建筑结构中，建筑物的结构应变与否可以通过天线应变传感部分的谐振频率的偏移来判断。在类似于这样的应用场景中，由于天线传感器本身粘贴在建筑物上，如果继续使用VNA作为测量工具时，势必会造成很多的不便。
软件无线电技术是一种实现新无线通信的概念，其基本思想为将已经在硬件中完全实现的一些组件利用软件在计算机中实现。这是一种可重构和可重新编程的无线电技术，即可以根据需要在硬件不变动的情况下通过软件的配置来完成不同的功能。一般的软件无线电设备都有FPGA等核心部分可供用户进行编程操作。本发明使用到的USRP X300设备是NI公司的软件无线电设备，搭配相应的软件就可以根据用户的需要来完成相应的功能配置。由于一般的软件无线电设备都比较便携，因此针对上述提到的具体测量场景，只需要一台电脑与其相连，就可以实现相对便利的测量。随着软件无线电的发展，相关的研究也有所发展，例如将软件无线电应用于频谱感知的相关研究。这些研究大部分是把USRP当成一个接收机，利用其对于环境周围的信号进行感知，而不涉及更具体的器件反射系数的测量。
发明内容
本发明的目的在于设计一种标签编码天线反射系数测量方法，用户可以在软件端配置USRP设备，实现高灵活性的待测器件反射系数测量，从测量方式上来说，可以实现有线测量，也可以搭配器件实现无线测量。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种标签编码天线反射系数测量方法，涉及一台与主机电脑连接的USRP设备以及贴在建筑物结构上的标签编码天线和定向耦合器，其中：
标签编码天线的S参数曲线谐振频率包含ID信息和建筑物的应变信息，其中编码部分可以作为贴在不同位置的标签的区分，而应变部分的谐振频率会随着建筑结构的变化而发生偏移，这个特征可以作为判断建筑物结构变化的指标。
定向耦合器可以对信号分路，实现单端口测量。
USRP设备通过以太网线与电脑连接，负责信号的收发，同时对于接收到的信号进行处理。
电脑中设有配置USRP的LabVIEW软件平台，该软件可用于具体设计信号的收发和处理方式。
对于具体的测量场景，其具体的实施步骤如下：
①将被测编码天线分批放入到建筑物结构的不同位置中，完成被测对象的部署；
②通过软件配置的数字基带信号完成初步处理后送至USRP设备中；
③USRP设备中的FPGA模块和数模转换模块对信号进行上变频和转换操作完成调制，后由射频模块生成射频信号通过发射端口发射出去。若是有线测量，单端口器件需通过定向耦合器与其连接，二端口器件直接与USRP设备连接。若进行无线测量，可在USRP收发端分别连接一个宽带收发天线，并将其对准部署在建筑物上的编码天线；
④接收端将接收到的信号通过解调、下变频、模数转换等操作将处理完的数字基带信号送至电脑；
⑤电脑接收到信号后经过由LabVIEW配置的刷新排序模块，对信号进行处理，实现反射系数的实时测量；
⑥以上过程反复进行刷新，并在软件中显示结果，以实现实时测量的任务。
⑦待上述的测量结果稳定后，将得到的结果图导出进行数据上的误差处理；
⑧对得到的数据进行处理，去除异常点和较为明显的毛刺等，之后根据导出的数据点进行相应的后续特征提取。
⑨以上记录了建筑物结构变化的初始信息，待一段时间(数月)之后，重复以上步骤，并将两次的结果进行比较，由于可以通过谐振频率的偏移作为应变的判断依据，因此经过比较就可以知道建筑物的结构变化情况，并根据结果进行相应的修复工作。在本设计中，若频率左移，则表示建筑物在监测部位受到了拉力，反之为压力。
由于采用了上述技术方案，与传统的测量方式相比，本发明可以利用USRP的软件无线电的技术实现标签编码天线的反射系数测量。相比于传统的测量方法，该方法能够得到更多的参数信息且更加灵活，对于后期的特征提取和分析提供了更多的已知信息。同时对于在具体的应用场景下的反射系数测量提供更加便利的实施方案。
附图说明
图1是实施例的单端口器件与USRP的连接框图示意图。
图2是实施例的单端口器件反射系数的结果示意图。
图3是实施例的单端口反射系数测试流程示意图。
具体实施方式
本发明一种标签编码天线反射系数测量方法，将其利用到结构健康检测领域，所述标签编码天线可以充当传感器对建筑物的结构变化进行检测，使用软件无线电技术对贴在建筑物上的标签编码天线进行测量，所得到的结果即可显示出建筑物的结构变化情况，从而实现对于结构健康的长期监测。软件无线电技术使得测量的过程更加的灵活。特别涉及在测量过程中的信号收发、数据运算、误差校准、结果处理的算法设计，为一种基于软件无线电的标签编码天线反射系数的测量方法。
一种标签编码天线反射系数测量方法，涉及一台与主机电脑连接的USRP设备以及贴在建筑物结构上的标签编码天线和定向耦合器，其中：
标签编码天线的S参数曲线谐振频率包含ID信息和建筑物的应变信息，其中编码部分可以作为贴在不同位置的标签的区分，而应变部分的谐振频率会随着建筑结构的变化而发生偏移，这个特征可以作为判断建筑物结构变化的指标。
定向耦合器可以对信号分路，实现单端口测量。
USRP设备通过以太网线与电脑连接，负责信号的收发，同时对于接收到的信号进行处理。
电脑中设有配置USRP的LabVIEW软件平台，该软件可用于具体设计信号的收发和处理方式。
对于具体的测量场景，其具体的实施步骤如下：
①将被测编码天线分批放入到建筑物结构的不同位置中，完成被测对象的部署；
②通过软件配置的数字基带信号完成初步处理后送至USRP设备中；
③USRP设备中的FPGA模块和数模转换模块对信号进行上变频和转换操作完成调制，后由射频模块生成射频信号通过发射端口发射出去。若是有线测量，单端口器件需通过定向耦合器与其连接，二端口器件直接与USRP设备连接。若进行无线测量，可在USRP收发端分别连接一个宽带收发天线，并将其对准部署在建筑物上的编码天线；
④接收端将接收到的信号通过解调、下变频、模数转换等操作将处理完的数字基带信号送至电脑；
⑤电脑接收到信号后经过由LabVIEW配置的刷新排序模块，对信号进行处理，实现反射系数的实时测量；
⑥以上过程反复进行刷新，并在软件中显示结果，以实现实时测量的任务。
⑦待上述的测量结果稳定后，将得到的结果图导出进行数据上的误差处理；
⑧对得到的数据进行处理，去除异常点和较为明显的毛刺等，之后根据导出的数据点进行相应的后续特征提取。
⑨以上记录了建筑物结构变化的初始信息，待一段时间(数月)之后，重复以上步骤，并将两次的结果进行比较，由于可以通过谐振频率的偏移作为应变的判断依据，因此经过比较就可以知道建筑物的结构变化情况，并根据结果进行相应的修复工作。在本设计中，若频率左移，则表示建筑物在监测部位受到了拉力，反之为压力。
实施例：
一、环境搭建
本申请提出的是一种标签编码天线反射系数测量方法，使用有线测量方式，且被测器件为单端口，因此考虑外加一个定向耦合器，实现发射信号与反射信号分离，完成对于S11参数的测量。定向耦合器部分与USRP通过同轴线连接，而USRP部分则是通过以太网线与电脑连接，实现数据的传输。为提高测量结果的准确度，应考虑在加入被测器件之前空载运行，减少因定向耦合器内部误差造成的结果不准确的情况。各个设备之间的具体连接方式的框图如图1所示。
其次，将标签编码天线贴到建筑物结构上，为了能够得到建筑物建构变化的完整信息，需要在不同的位置布置多个标签，从而得到较为全面的结构变化状态。通过编码部分区别不同的位置信息，应变传感部分则可以反映出实际的结构变化情况。综合上述两个参数信息，就就可以对于建筑物具体位置的结构情况进行分析判断。
二、软件配置
在进行测量之前，首先需要运行NI-USRP Configuration Utility，输入正确的IP地址后，即可在列表中找到USRP设备，实现USRP和电脑的正常通信。之后便可开始参数配置。可以根据被测器件的实际工作范围在LabVIEW软件中的前面板上设置需要的频率范围，同时在前面板上还提供了对于采样率和使用端口等的参数选择，可以根据实际的需要进行配置。
三、结果获取
配置完成后，便可开始运行程序，程序会按照设置好的频率范围和采样率等进行信号的收发和数据的采集，并显示最终的S参数图，可以将最终的结果以数据的形式导出，从而进行进一步分析。其中：
单端口的待测器件的S参数结果如图2所示，而流程如图3所示。从电脑载入程序后的USRP会按照程序的要求发射扫频信号，根据被测器件的类型和测量方式选择合适的方法。信号通过待测器件之后的信号通过RX口进入USRP处理，处理后的信号会送至电脑中，电脑中LabVIEW软件会在面板上显示最终的结果，待测量结果稳定之后，对于测量的数据进行误差处理，去除一些毛刺等不合理点，提取出不同的特征点。
四、重复实验
为了得到建筑结构的变化情况，需要对于建筑物的结构情况进行定期监测，获取不同时间的建筑物应变参数信息，并根据以上的对比结果对于建筑物的修复提供指导。例如谐振点可以表示建筑物的受力情况，经过一段时间之后，不同的谐振点发生了偏移，谐振频率的偏移方向会代表建筑物的具体受力情况。在本设计中，若频率左移，则表示建筑物在监测部位受到了拉力，反之为压力。
Claims (1)
1.一种标签编码天线反射系数测量方法，其特征在于，涉及一台与主机电脑连接的USRP设备以及贴在建筑物结构上的标签编码天线和定向耦合器，其中：
标签编码天线的S参数曲线谐振频率包含ID信息和建筑物的应变信息，其中编码部分可以作为贴在不同位置的标签的区分，而应变部分的谐振频率会随着建筑结构的变化而发生偏移，这个特征可以作为判断建筑物结构变化的指标；
定向耦合器可以对信号分路，实现单端口测量；
USRP设备通过以太网线与电脑连接，负责信号的收发，同时对于接收到的信号进行处理；
电脑中设有配置USRP的LabVIEW软件平台，该软件可用于具体设计信号的收发和处理方式；
对于具体的测量场景，其实施步骤如下：①将被测编码天线分批放入到建筑物结构的不同位置中，完成被测对象的部署；
②通过软件配置的数字基带信号完成初步处理后送至USRP设备中；
③USRP设备中的FPGA模块和数模转换模块对信号进行上变频和转换操作完成调制，后由射频模块生成射频信号通过发射端口发射出去；若是有线测量，单端口器件需通过定向耦合器与其连接，二端口器件直接与USRP设备连接；若进行无线测量，可在USRP收发端分别连接一个宽带收发天线，并将其对准部署在建筑物上的编码天线；
④接收端将接收到的信号通过解调、下变频、模数转换等操作将处理完的数字基带信号送至电脑；
⑤电脑接收到信号后经过由LabVIEW配置的刷新排序模块，对信号进行处理，实现反射系数的实时测量；
⑥以上过程反复进行刷新，并在软件中显示结果，以实现实时测量的任务；
⑦待上述的测量结果稳定后，将得到的结果图导出进行数据上的误差处理；
⑧对得到的数据进行处理，去除异常点和较为明显的毛刺等，之后根据导出的数据点进行相应的后续特征提取；
⑨以上记录了建筑物结构变化的初始信息，数月之后，重复以上步骤，并将两次的结果进行比较，根据结果进行相应的修复工作。
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|---|---|
| CN (1) | CN113075465B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8989243B1 (en) * | 2010-03-26 | 2015-03-24 | Northern Microdesign, Inc. | Power line device with directional coupler |
| CN105119671A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-12-02 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种适用于复杂调制与相位相干体制的多通道散射参数测试电路及方法 |
| CN105471525A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-04-06 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种矢量网络分析仪的四通道压缩感知数字接收机信号处理方法 |
| CN107290606A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-10-24 | 南京航空航天大学 | 用于评估声表面波标签编码制作性能的半物理平台及评估方法 |
| CN110266401A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-20 | 西北大学 | 一种快速无线电频谱检测方法和系统 |
| CN209472623U (zh) * | 2018-12-28 | 2019-10-08 | 兰州大学 | 一种无线信道测量系统 |
| CN209764001U (zh) * | 2019-04-15 | 2019-12-10 | 同济大学 | 采用圆形贴片天线的无源无线rfid位移传感器 |
| CN112073132A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-12-11 | 同济大学 | 一种基于usrp的5gmimo信道测试系统 |
| CN112556564A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-26 | 同济大学 | 基于双层贴片天线的无源无线形变传感器及监测系统 |
-
2021
- 2021-03-30 CN CN202110341788.2A patent/CN113075465B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8989243B1 (en) * | 2010-03-26 | 2015-03-24 | Northern Microdesign, Inc. | Power line device with directional coupler |
| CN105119671A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-12-02 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种适用于复杂调制与相位相干体制的多通道散射参数测试电路及方法 |
| CN105471525A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-04-06 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种矢量网络分析仪的四通道压缩感知数字接收机信号处理方法 |
| CN107290606A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-10-24 | 南京航空航天大学 | 用于评估声表面波标签编码制作性能的半物理平台及评估方法 |
| CN209472623U (zh) * | 2018-12-28 | 2019-10-08 | 兰州大学 | 一种无线信道测量系统 |
| CN209764001U (zh) * | 2019-04-15 | 2019-12-10 | 同济大学 | 采用圆形贴片天线的无源无线rfid位移传感器 |
| CN110266401A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-20 | 西北大学 | 一种快速无线电频谱检测方法和系统 |
| CN112073132A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-12-11 | 同济大学 | 一种基于usrp的5gmimo信道测试系统 |
| CN112556564A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-26 | 同济大学 | 基于双层贴片天线的无源无线形变传感器及监测系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A. HUSSAIN ET AL.: "Antenna Measurements in Reverberation Chamber Using USRP", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 * |
| 田红军 等: "基于RTAI和Linux的快速实时无线电SDR系统原型设计与实现", 《计算机应用》 * |
Also Published As
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