CN114964079B - 微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，包括：调整微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置，将目标置于有效测量区域内；利用微波多维形变及振动测量原理，分析测量误差；针对误差分量，分别设计对误差分量进行定量评估的评估指标函数；对每一个评估指标函数，做出趋势图或空间分布图，每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法对应的评估指标函数值，均能在图上找到对应的位置；参考趋势图集或空间分布图集，调整微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置参数，完成微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置。本发明为进一步提高微波多维形变及振动测量结果的精度与可靠性提供了有效指导。

Description

微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法

技术领域

本发明涉及振动测量仪器与目标的匹配布置方法的技术领域，具体地，涉及微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法。

背景技术

在大型结构和装备的静力学与动力学试验测试、评估与控制研究中，针对结构和装备的多维形变及振动测量是相关研究不可或缺的一步，在军事与民用各个技术领域均有着广泛的需求。现阶段基于振动与形变测量的力学测试方法主要分为两类，一类为接触式测量，另一类为非接触式测量。以加速度计为代表的接触式测量方法在振动位移测量方面精度偏低，且不适合对低频振动进行测量，面对全场测量时又有着组网不便，成本高周期长等缺点；以视觉测振和激光测振为代表的非接触式测量方法往往测量范围受限，对环境光照等外界要求较高，且设备昂贵。

作为一种在近二十年间逐渐得到发展的新型非接触式振动及形变测量方法，微波形变及振动测量技术继承了传统非接触式测量的优点，同时具有在满足大部分测试场景精度要求的前提下，大范围，多尺度，高环境适应性测量的优点。但微波多维形变及振动测量在实际测试过程中仪器与目标的匹配布置无具体参考依据，无法根据实际工况做出最优布置方案以减小对测量结果引入的测量误差，影响最终结果的可靠性。

接触式形变及振动测量方法以加速度计为代表，在形变及振动位移测量精度上偏低且易受干扰，低频响应较差，全场测量中组网不便，效率低成本高。非接触式方法代表中的视觉测振计算量大，恶劣环境适应性差，大视场与测量精度矛盾突出；激光测量大幅度测量受限，全场测量需要逐点扫描，同步性差，操作复杂且设备昂贵。

微波多维形变及振动测量方法作为一种新兴的高精度强环境适应性的非接触测量技术，其具体现场形变及振动测试方式并无规范，缺少最佳仪器布置方案参考依据，难以在结合实际工况的情况下通过合理的测量布置方案实现对最终多维测量结果的引入误差最小化，造成测量结果可靠性与准确度的下降。

因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法。

根据本发明提供的一种微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：调整微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置，将目标置于微波多维形变及振动测量仪器的有效测量区域内，目标形变及振动幅值远小于微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置距离；

步骤S2：利用微波多维形变及振动测量原理，分析测量误差ε在最终测量结果中的各类来源ε_i，i＝1，2，…，N，N为误差来源总数，完成误差的分类；

步骤S3：利用步骤S2中得到的分类后的误差，针对误差分类结果中的误差分量∈_k,∈_k∈({ε_i|(i＝1,2,…,N,N为误差来源总数}∪{e_j|(j＝1,2,…,M,M为耦合误差总数})，分别设计对上述误差分量进行定量评估的评估指标函数，并以此评估微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置方法优劣；

步骤S4：利用上述设计的评估指标函数，对每一个评估指标函数

做出评估指标函数值随着评估指标函数自变量值变化而变化的趋势图或空间分布图Ψ_k，每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法对应的评估指标函数值

均能在图上找到对应的位置；

步骤S5：参考步骤S4中所得评估指标函数集的趋势图集或空间分布图集{Ψ_k}，调整微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置参数

上述评估指标函数值集

中各评估指标函数值

达到实际可操作情形下的最优值，完成微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置。

优选地，所述步骤S1在有效测量区域内结合实际目标形变及振动幅值的估计，得到目标形变及振动幅值远小于微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置距离。

优选地，所述步骤S2的误差来源包括但不限于从单维度测量误差到重构过程的传递、重构过程到多维度测量结果的误差，以及上述各类来源间的耦合误差e_j，j＝1，2，…，M，M为耦合误差总数。

优选地，所述步骤S3还包括将步骤S2中设计好的评估指标函数

整合为评估指标函数集

针对每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法对应一个固定的评估指标函数值集

优选地，所述步骤S3中评估指标函数

的自变量

对应仪器与目标的匹配布置中的各类几何参数，评估指标函数值

表示匹配布置方法中对应误差分量对最终测量结果的影响程度。

优选地，所述步骤S4还包括将上述每个评估指标函数对应的趋势图或空间分布图整合为上述评估指标函数集的趋势图集或空间分布图集{Ψ_k}，使得针对每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法所对应的评估指标函数值集

其中各评估指标函数值

在上述图集中有对应的位置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明针对微波多维形变及振动测量方法中仪器与目标间匹配布置随意的问题，提出了仪器与目标匹配布置的评估指标与基于上述指标的布置方法，克服了微波多维高精度形变及振动测量中仪器与目标匹配布置的无指导指标的难题，实现了仪器与目标匹配布置的优化方法，为进一步提高微波多维形变及振动测量结果的精度与可靠性提供了有效指导；

2、本发明解决现有技术在目标多维振动情况下的形变及振动高精度测量难、误差控制难、可靠性低等难题，实现目标或测点多维度上的微波高精度形变及振动测量过程中测量仪器最佳布置；

3、本发明实现微波多维高精度形变及振动测量中仪器与目标匹配布置的有据可依，解决微波多维形变及振动测量中仪器与目标匹配布置随意、高精度高可靠性测量难的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置方法流程图；

图2为本发明的微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置方法具体实施方式中空间分布图集图。

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1：初步调整微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置，将目标至于微波多维形变及振动测量仪器的有效测量区域内，在上述有效测量区域内结合实际目标形变及振动幅值的估计，保证目标形变及振动幅值远小于微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置距离。

步骤S2：利用微波多维形变及振动测量原理，分析测量误差ε在最终测量结果中的各类来源ε_i(i＝1,2,…,N,N为误差来源总数)，包括但不限于从单维度测量误差到重构过程的传递、重构过程到多维度测量结果的误差等，以及上述各类来源间的耦合误差e_j,(j＝1,2,…,M,M为耦合误差总数)，完成误差的分类；分析测量误差ε：

其中，

是单维度测量结果，

是单维度测量误差，‖J‖是单维度测量到多维度测量重构矩阵J的范数，δ‖J‖是重构矩阵范数的变分。

在最终测量结果中的各类来源ε_i(i＝1,2)，包括从单维度测量误差到重构过程的传递ε₁：

重构过程到多维度测量结果的误差ε₂：

以及上述各类来源间的耦合误差e₁：

即ε≤ε₁+ε₂+e₁，完成误差的分类。

步骤S3.1：利用步骤S2分类后的误差，针对误差分类结果中可控制的误差分量∈_k,∈_k∈({ε_i|(i＝1,2,…,N,N为误差来源总数}∪{e_j|(j＝1,2,…,M,M为耦合误差总数})，分别设计可对上述误差分量进行定量评估的评估指标函数

评估指标函数的自变量

对应仪器与目标的匹配布置中的各类几何参数，评估指标函数值

表示匹配布置方法中对应误差分量对最终测量结果的影响程度，并以此评估微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置方法优劣：

评估指标函数的自变量

对应仪器与目标的匹配布置中的各类几何参数：

x,y,z分别代表仪器与目标的横向距离，纵向距离和垂直距离。

评估指标函数值

k＝1,2,表示匹配布置方法中对应误差分量对最终测量结果的影响程度，并以此评估微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置方法优劣。

步骤S3.2：将步骤S2中设计好的评估指标函数

k＝1,2整合为评估指标函数集

使得针对每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法对应一个固定的评估指标函数值集

步骤S4.1：利用上述设计的评估指标函数，对每一个评估指标函数

k＝1,2，做出评估指标函数值随着评估指标函数自变量值变化而变化的趋势图或空间分布图Ψ_k，k＝1,2，每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法对应的评估指标函数值

k＝1,2均能在图上找到对应的位置。

步骤S4.2：将上述每个评估指标函数对应的趋势图或空间分布图整合为上述评估指标函数集的趋势图集或空间分布图集{Ψ_k}，使得针对每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法所对应的评估指标函数值集

其中各评估指标函数值

k＝1,2在上述图集中有对应的位置。

步骤S5：参考步骤S3.2中所得评估指标函数集的趋势图集或空间分布图集{Ψ_k}，调整微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置参数

使得上述评估指标函数值集

中各评估指标函数值

k＝1,2达到实际可操作情形下的最优值，完成微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：调整微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置，将目标置于微波多维形变及振动测量仪器的有效测量区域内，目标形变及振动幅值远小于微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置距离；

步骤S2：利用微波多维形变及振动测量原理，分析测量误差ε在最终测量结果中的各类来源ε_i，i＝1，2，…，N，N为误差来源总数，完成误差的分类；

步骤S3：利用步骤S2中得到的分类后的误差，针对误差分类结果中的误差分量∈_k,∈_k∈({ε_i|(i＝1,2,…,N,N为误差来源总数}∪{e_j|(j＝1,2,…,M,M为耦合误差总数})，分别设计对上述误差分量进行定量评估的评估指标函数，并以此评估微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置方法优劣；

步骤S4：利用上述设计的评估指标函数，对每一个评估指标函数

做出评估指标函数值随着评估指标函数自变量值变化而变化的趋势图或空间分布图Ψ_k，每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法对应的评估指标函数值

均能在图上找到对应的位置；

步骤S5：参考步骤S4中所得评估指标函数集的趋势图集或空间分布图集{Ψ_k}，调整微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置参数

上述评估指标函数值集

中各评估指标函数值

达到实际可操作情形下的最优值，完成微波多维形变及振动测量仪器与目标的匹配布置。

2.根据权利要求1所述的微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，其特征在于，所述步骤S1在有效测量区域内结合实际目标形变及振动幅值的估计，得到目标形变及振动幅值远小于微波多维形变及振动测量仪器与目标间的布置距离。

3.根据权利要求1所述的微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，其特征在于，所述步骤S2的误差来源包括但不限于从单维度测量误差到重构过程的传递、重构过程到多维度测量结果的误差，以及上述各类来源间的耦合误差e_j，j＝1，2，…，M，M为耦合误差总数。

4.根据权利要求1所述的微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，其特征在于，所述步骤S3还包括将步骤S2中设计好的评估指标函数

整合为评估指标函数集

针对每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法对应一个固定的评估指标函数值集

5.根据权利要求1所述的微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，其特征在于，所述步骤S3中评估指标函数

的自变量

对应仪器与目标的匹配布置中的各类几何参数，评估指标函数值

表示匹配布置方法中对应误差分量对最终测量结果的影响程度。

6.根据权利要求1所述的微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法，其特征在于，所述步骤S4还包括将上述每个评估指标函数对应的趋势图或空间分布图整合为上述评估指标函数集的趋势图集或空间分布图集{Ψ_k}，使得针对每一种具体的仪器与目标的匹配布置方法所对应的评估指标函数值集

其中各评估指标函数值

在上述图集中有对应的位置。

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