一种大型设备多点微位移测量方法与流程

技术特征：

1.一种大型设备多点微位移测量方法，其特征在于，具体方法如下：

S1、在被测物表面上安装角发射器，在远端布置雷达，雷达发射多子带信号，其中子带内为线性调频信号，子带间为步进频率信号；

S2、对接收到的基频回波做脉冲压缩处理；

S3、对回波信号做匹配滤波、频域拼接及IDFT运算等处理进行相干合成；

S4、获得高分辨率距离像；

S5、对前后两次距离像做相位干涉测量，测得每个角反射器在雷达视线方向上的位移量。

2.根据权利要求1所述的一种大型设备多点微位移测量方法，其特征在于，所述的测量过程用公式表述为，

第一步将t₁和t₂时刻两次分别测得的信号S(R，t₁)和S(R，t₂)进行复相关运算，第二步通过公式(8)将第i个散射点载波干涉相位计算出来，第三步根据公式(11)将散射点的位移计算出来。

其中：

在t₁和t₂时刻，能够通过计算得出散射点i的干涉相位

${\mathrm{\Δ\θ}}_{12}^i=ang\left(S^{*}\right(R_i,t_1)\·S(R_i^{\′},t_2))---\left(8\right)$

第i个散射点在雷达距离像的位移量就可以表示为：

${\mathrm{\ΔR}}_{12}^i=-\frac{\mathrm{\γ}}{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\Δ\θ}}_{12}^i---\left(11\right).$

3.根据权利要求1所述的一种大型设备多点微位移测量方法，其特征在于，所述的相位干涉测量，即通过信号往返于雷达和角反射器之间的相位差来测量角反射器的位移量。

4.根据权利要求1所述的一种大型设备多点微位移测量方法，其特征在于，公式具体过程如下：

s(t，k)＝exp(-j4πf₀(k)R/c)Sa(T_p0K(t-2R/c)) (1)

其中f₀(k)为发射信号子脉冲的中心频率，R为目标点到雷达的距离，c为电磁波的传播速度，K为调频斜率，T_p0为子脉冲的长度，公式(1)中不考虑幅度的影响；

对公式(1)做傅里叶变换，同样的忽略幅度，得到各个子脉冲的脉冲压缩信号的频谱表达式为：

$S(f,k)=G_{B_0}\left(f\right)\exp (-j4{\mathrm{\πf}}_0(k)R/c)\exp (K4\mathrm{\π}fR/c)---\left(2\right)$

其中然后再进行频谱的平移，得到各个子脉冲经过脉冲压缩信号的频移量是Δf，

$\mathrm{\Δ}f\left(k\right)=f_0\left(k\right)-f_0=(k-\frac{1}{2}-\frac{n}{2})B_0---\left(3\right)$

经过频移以后的频谱表示为：

$\begin{array}{c}S(f,k)=G_{B_0}(f-\mathrm{\Δ}f(k\left)\right)\exp (-\frac{j4{\mathrm{\πf}}_0\left(k\right)R}{c})\exp (-\frac{j4\mathrm{\π}(f-\mathrm{\Δ}f(k))R}{c})\\ =G_{B_0}(f-\mathrm{\Δ}f(k\left)\right)\exp (-\frac{j4{\mathrm{\πf}}_{0}R}{c})\exp (-\frac{j4\mathrm{\π}fR}{c})\end{array}---\left(4\right)$

当频率步进量与子脉冲带宽相等的时候，即是Δf＝B₀，把频移之后的频谱进行叠加，得到叠加之后的数学表达式为：

$S\left(f\right)=G_B\left(f\right)\exp (-\frac{j4{\mathrm{\πf}}_{0}R}{c})\exp (-\frac{j4\mathrm{\π}fR}{c})---\left(5\right)$

最后，对叠加得到的信号频谱进行傅里叶逆变换，得到时域上的距离压缩信号；

各子带信号的带宽为B₀,因此各个子带信号的距离分辨率可表示为c/2B₀，而经过合成之后的信号带宽为B，合成以后的信号距离分辨率就可以表示为c/2B；

当在设备上安装了P个角反射器时，第i个角反射器的位置离雷达天线阵的真实距离表示为R_i，定义一个虚拟位置为R′_i，R′_i表示角反射器延迟线离雷达天线阵的虚拟距离，即R′_i在真实距离R_i上叠加一固定距离；当系统运作时，雷达使用了天线阵发射无线电波信号，照射角反射器，延迟τ_t时间后，接受回波信号，进行匹配滤波运算处理；以下均用散点表示角反射器；

当只有一个散射点i时，其信号的数学表达式为：

$S_i(R,t)=\left|S_i(R,t)\right|e^{{\mathrm{j\θ}}_i\left(t\right)}---\left(6\right)$

当存在P个散射点时，复合信号可表示为：

$S(R,t)={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^p{S}_i(R,t)={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^p\left|S_i(R,t)\right|e^{{\mathrm{j\θ}}_i}---\left(7\right)$

在t₁和t₂时刻，通过计算得出散射点i的干涉相位

${\mathrm{\Δ\θ}}_{12}^i=ang\left(S^{*}\right(R_i,t_1)\·S(R_i^{\′},t_2))---\left(8\right)$

${\mathrm{\Δ\θ}}_{12}^i=ang\left(S_i^{*}\right(R_i,t_1)\·S_i(R_i^{\′},t_2))+{\mathrm{\Σ}}_{k=1,k\≠i}^p{S}_k^{*}(R_i,t_1)\·S_k(R_i^{\′},t_2))---\left(9\right)$

其中，ang()表示求相位运算，为方便计算，当

但k≠1，在这种情况下就可以得到第i个散射点的干涉相位：

${\mathrm{\Δ\θ}}_{12}^i=\mathrm{ang}(S_i^{*}(R_i,t_1)\·S_i(R_i^{\′},t_2))\≅({\mathrm{\θ}}_i\left(t_2\right)-{\mathrm{\θ}}_i\left(t_1\right))\≅-\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\ΔR}}_{12}^i---\left(10\right)$

其中，在公式(10)中，γ代表信号的波长；将得出第i个散射点在雷达距离像的位移量表示为：

${\mathrm{\ΔR}}_{12}^i=-\frac{\mathrm{\γ}}{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\Δ\θ}}_{12}^i---\left(11\right).$

5.根据权利要求1所述的一种大型设备多点微位移测量方法，其特征在于，

所述的微位移的测量精度与载波波长、载波干涉相位测量精度相关，即当微位移测量精度提高，载波相位测量精度越高，信号的波长越短。

6.一种大型设备多点微位移测量装置，其特征在于，包括雷达和角发射器，其中，角发射器安装在被测大型设备表面；

还包括脉冲压缩模块，用于对接收到的基频回波做脉冲压缩处理；匹配滤波模块，用于对回波信号做匹配滤波处理；频域拼接模块，用于对于对回波信号做频域拼接处理；IDFT运算模块，用于对于对回波信号做IDFT运算处理；距离像形成模块，用于高分辨率一维距离像的生成；相位干涉测量模块，用于对前后两次距离像做相位干涉测量，测得每个角反射器在雷达视线方向上的位移量。