扫描式微波振动与形变测量方法和系统

1.本发明涉及振动与形变测量的技术领域，具体地，涉及扫描式微波振动与形变测量方法和系统。


背景技术：

2.振动现象在自然界和工程中普遍存在，振动与形变的测量对工程装备、结构等的力学测试、动态行为观测、形变演变识别等提供关键传感数据，具有十分重要的工程应用需求和价值。按照测量方式不同，主要分为接触式测量和非接触式测量，其中非接触式方式由于无需在被测对象上安装传感器，在工程实际中具有明显的优势。目前，主要依靠视觉和激光进行测量，但在测量性能和环境适应性方面存在较大的局限性。基于微波感知的振动与形变测量是一种新型的振动与形变测量技术，可以实现微幅和大幅的振动与形变测量。然而，由于微波测振技术的实施前提是被测目标对电磁波的反射或者强散射，以获得较好的信号强度和多测点识别能力，因此常需要布置角反射器等靶标，特别是在面目标的多点、全场测量时问题尤为突出。另一方面，在实际工程测量中，被测对象不能安装或者粘贴角反射器等靶标，导致测量的信噪比很低和多测点分辨能力差，甚至无法进行测量。因此，如何实现无靶标式、高信噪比的微波振动与形变多点及全场测量具有迫切的需求，也是该技术领域人们追求的目标。
3.现有的微波振动与形变测量技术需要粘贴或安装角反射器等靶标，才能实现多测点或全场测点的有效识别、分辨和位移测量，这在测量过程中会带来附加质量，影响自身的动态特性，且由于需要安装固定靶标，对安装测试带来不便。另外，现有技术需要依靠大量的收发通道个数实现较高角度分辨，且在测点间耦合杂波干扰抑制、高信噪比测量方面亦存在较大难题。
4.因此，需要提出一种新的技术方案以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种扫描式微波振动与形变测量方法和系统。
6.根据本发明提供的一种扫描式微波振动与形变测量方法，所述方法包括如下步骤：
7.步骤s1：通过多个发射天线同时发射线性调频连续波，对多个发射天线的发射信号进行相移控制，合成波束的主瓣朝向被测的某一角度方向；
8.步骤s2：通过多个接收天线接收回波，得到多通道的基带信号，对采集的多通道基带信号进行非线性解调处理，得到该周期角度方向一的单目标或测点的振动与形变位移值，或者得到该周期角度方向一的多目标或测点的振动与形变位移值；
9.步骤s3：通过多个发射天线的相移控制，完成合成波束主瓣的角度偏移，基于上述方法提取该周期角度方向二的单目标或测点的振动与形变位移值，或者提取该周期角度方
向二的多目标或测点的振动与形变位移值；根据测量需求，测量和提取该周期其他角度方向的单目标或测点的振动与形变位移值，或者测量和提取该周期其他角度方向的多目标或测点的振动与形变位移值。
10.步骤s4：依据上述扫描方法，间隔一定的周期时间，开展循环的角度方向的扫描式振动与形变测量，得到所有扫描测点或目标的振动与形变位移时间序列值。
11.优选地，所述步骤s1对多个发射天线的发射信号进行相移控制的方法为：
12.设拟测量的目标或测点在微波前端辐射波的角度为θ0，则控制发射天线阵列各天线的相移为：以第一个天线为参考点，相移分别为0，2πd2sinθ0/λc，
…
，2πdksinθ0/λc，式中，dk(k＝2,
…
n)为第k个发射天线距离第一个发射天线的距离，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长；
13.所述发射天线阵列的布置方式为等间距布置或不等间距稀疏布置，所述发射天线阵列的布置方式针对水平角扫描需将发射天线阵列水平布置，针对俯仰角扫描需将发射天线阵列俯仰竖向布置，针对空间角度扫描需将发射天线阵列在水平和竖向均需布置。
14.优选地，所述扫描的角度及其分布根据测量需要，或测点或目标的空间布置情况确定。
15.优选地，所述步骤s1-s3所需的扫描角度方向根据先验知识或被测要求或全场测点初步定位信息得到。
16.优选地，所述步骤s2-s4中某一扫描周期角度方向的单目标或测点、多目标或测点的振动与形变位移值提取的非线性解调方法为：
17.通过非线性解调方法提取被测目标或测点的当次扫描周期的振动与形变位移序列的元素值x(p，θs，r)计算为：
[0018][0019]
式中，x(p，θs，r，it
sweep
)表示为第p次循环扫描，波束扫描的角度为θs，发射扫频周期为i，当前扫描角度距离为r的被测目标或测点的位移序列元素值，t
sweep
为发射天线发射线性调频连续波的扫频周期，arg[
·
]为取复数相位值的运算，n为每个扫频周期单通道基带信号元素的个数，n为每个扫频周期单通道基带信号元素的序号，ts为基带信号采样频率时间；sb(p，θs，it，nts)为第p次循环扫描，波束扫描角度为θs，第i个发射扫频周期共m个通道基带信号组成的矩阵，矩阵的列向量为第m＝1，2，
…
，m通道的基带信号，j为虚数单位，为被测目标或测点距离对应的差拍频率估计值，d
rxm
(m＝1，
…
，m)分别为第m个接收天线到第一个接收天线的距离，其中d
rx1
＝0，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长；
[0020]
所述每次扫描角度发射扫频周期个数i等于1或者大于1的正整数，当大于1时根据需要x(p，θs，r)取当次扫描周期多个发射扫频周期时间内x(p，θs，r，it
sweep
)序列的平均值或最优值或其他选定值。
[0021]
优选地，所述步骤s4中的循环扫描方法为：
[0022]
依据测量需求，依次通过相移控制变换扫描角度θs，其中s＝0，2，
…
，s-1的正整数，并按照上述方法提取扫描范围内所有目标或测点的振动与形变位移元素值。
[0023]
本发明还提供一种扫描式微波振动与形变测量系统，所述系统应用上述中的扫描式微波振动与形变测量方法，所述系统包括如下模块：
[0024]
微波收发器：用于通过发射天线阵列同时发射多通道的线性调频连续波微波信号，并接收回波信号，输出多通道基带信号，通过发射天线的相移控制实现合成波束的循环扫描；
[0025]
控制与处理器：用于控制微波收发器的波束扫描、基带信号采集和被测目标或测点的振动与形变位移提取；
[0026]
显示与保存模块：用于显示或保存包括但不限于系统扫描角度分布和全体被测目标或测点的振动与形变位移序列值或波形，及其他中间处理信息。
[0027]
优选地，所述微波收发器包括线性调频连续波微波信号源、功率分配器、混频器、相移器、放大器、发射天线阵列、接收天线阵列；信号源与功率分配器相连，一部分与相移器相连，通过发射天线辐射信号，另一部分作为混频用本振信号；相移器与发射天线相连，用于通过相移调控使发射天线阵列发射的合成波束的主瓣朝向某一个设定的扫描角度；接收天线阵列和放大器相连，输出的放大信号和混频器相连，在混频器端和本振信号混频，输出多通道基带信号。
[0028]
优选地，所述发射天线阵列根据空间方位角和俯仰角扫描需求，能够水平布置、竖向布置或两者组合布置；发射天线阵列的发射天线个数需大于或等于2，发射天线间的间距为等间距或不等间距布置；接收天线阵列的接收天线个数需大于或等于1，接收天线间的距离为等间距或者不等间距布置；
[0029]
所述相移器的数量等于发射天线个数，所述的相移器还能够使用时间延迟线或其他具有相移控制功能的器件。
[0030]
优选地，所述控制与处理器包括扫描控制单元和信号采集与处理单元；
[0031]
所述扫描控制单元用于对发射天线通道的相移控制、循环扫描周期的控制及对微波收发器其他常规参数的控制；所述的相移控制通过每个发射天线连接的相移器的配置实现；
[0032]
所述信号采集与处理单元，用于对多通道基带信号进行同步采集，对采集的基带信号通过处理提取被测目标或测点的振动与形变位移值。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0034]
1、本发明通过建立波束合成扫描及该机制下的微波振动与形变测量方法和系统，可实现设定的指定波束角度方向测点或目标的振动与形变测量，解决了对于包括但不限于面型结构对象的微波多测点及全场测点振动与形变测量需要粘贴或者安装角反射器等靶标的局限性，减少了对被测结构动态性能的影响，同时提高了测试的便利性和操作简便性，且能够适用于无法粘贴靶标的场合；
[0035]
2、本发明通过相移控制的波束合成扫描式的微波振动与形变测量，能够方便地大幅提高角度维度的分辨率，解决现有微波全场振动测量技术需要依靠大量的收发通道个数进行虚拟阵列重构实现较高角度分辨的局限性，实现多测点或全场测点高空间分辨率的振动与形变测量；
[0036]
3、本发明通过建立波束合成扫描及该机制下的微波振动与形变测量方法和系统，每次基于波束合成聚焦，针对某一特定角度方向的测点或目标进行振动与形变测量，有效
解决了其他目标或测点带来的杂波干扰难题，特别是有效解决了邻近角度像目标或测点的耦合杂波干扰难题，使测量的精度和可靠性得到大幅提高。与此同时，由于波束合成聚焦的振动与形变测量机制和方法，使被测目标或测点振动与形变测量的信噪比得到大幅提高，有效降低噪声干扰，从而解决现有技术在超高精度、超微幅和远距离的振动与形变测量难题。
附图说明
[0037]
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：
[0038]
图1为本发明的扫描式微波振动与形变测量方法流程图；
[0039]
图2为本发明实施实例发射天线阵列水平布置及其相移控制关系示意图；
[0040]
图3为本发明实施实例扫描角度的水平方位角、俯仰角和空间角度示意图；
[0041]
图4为本发明的扫描式微波振动与形变测量系统结构框图；
[0042]
图5为本发明实施实例的微波收发器的总体结构框图。
具体实施方式
[0043]
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。
[0044]
实施例1：
[0045]
本发明提供一种扫描式微波振动与形变测量方法，所述方法包括如下步骤：
[0046]
步骤s1：通过多个发射天线同时发射线性调频连续波，对多个发射天线的发射信号进行相移控制，合成波束的主瓣朝向被测的某一角度方向。
[0047]
对多个发射天线的发射信号进行相移控制的方法为：
[0048]
设拟测量的目标或测点在微波前端辐射波的角度为θ0，则控制发射天线阵列各天线的相移为：以第一个天线为参考点，相移分别为0，2πd2sinθ0/λc，
…
，2πdksinθ0/λc，式中，dk(k＝2,
…
n)为第k个发射天线距离第一个发射天线的距离，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长；
[0049]
所述发射天线阵列的布置方式为等间距布置或不等间距稀疏布置，所述发射天线阵列的布置方式针对水平角扫描需将发射天线阵列水平布置，针对俯仰角扫描需将发射天线阵列俯仰竖向布置，针对空间角度扫描需将发射天线阵列在水平和竖向均需布置。
[0050]
步骤s2：通过多个接收天线接收回波，得到多通道的基带信号，对采集的多通道基带信号进行非线性解调处理，得到该周期角度方向一的单目标或测点的振动与形变位移值，或者得到该周期角度方向一的多目标或测点的振动与形变位移值。
[0051]
步骤s3：通过多个发射天线的相移控制，完成合成波束主瓣的角度偏移，基于上述方法提取该周期角度方向二的单目标或测点的振动与形变位移值，或者提取该周期角度方向二的多目标或测点的振动与形变位移值；根据测量需求，测量和提取该周期其他角度方向的单目标或测点的振动与形变位移值，或者测量和提取该周期其他角度方向的多目标或
测点的振动与形变位移值。
[0052]
步骤s4：依据上述扫描方法，间隔一定的周期时间，开展循环的角度方向的扫描式振动与形变测量，得到所有扫描测点或目标的振动与形变位移时间序列值。
[0053]
扫描的角度及其分布根据测量需要，或测点或目标的空间布置情况确定。
[0054]
步骤s1-s3所需的扫描角度方向根据先验知识或被测要求或全场测点初步定位信息得到。
[0055]
步骤s2-s4中某一扫描周期角度方向的单目标或测点、多目标或测点的振动与形变位移值提取的非线性解调方法为：
[0056]
通过非线性解调方法提取被测目标或测点的当次扫描周期的振动与形变位移序列的元素值x(p，θs，r)计算为：
[0057][0058]
式中，x(p，θs，r，it
sweep
)表示为第p次循环扫描，波束扫描的角度为θs，发射扫频周期为i，当前扫描角度距离为r的被测目标或测点的位移序列元素值，t
sweep
为发射天线发射线性调频连续波的扫频周期，arg[
·
]为取复数相位值的运算，n为每个扫频周期单通道基带信号元素的个数，n为每个扫频周期单通道基带信号元素的序号，ts为基带信号采样频率时间；sb(p，θs，it，nts)为第p次循环扫描，波束扫描角度为θs，第i个发射扫频周期共m个通道基带信号组成的矩阵，矩阵的列向量为第m＝1，2，
…
，m通道的基带信号，j为虚数单位，为被测目标或测点距离对应的差拍频率估计值，d
rxm
(m＝1，
…
，m)分别为第m个接收天线到第一个接收天线的距离，其中d
rx1
＝0，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长。
[0059]
上述非线性解调计算方法，在不改变实质的情况下，亦可在此基础上变换为其他解调计算公式。
[0060]
每次扫描角度发射扫频周期个数i等于1或者大于1的正整数，当大于1时根据需要x(p，θs，r)取当次扫描周期多个发射扫频周期时间内x(p，θs，r，it
sweep
)序列的平均值或最优值或其他选定值。
[0061]
步骤s4中的循环扫描方法为：
[0062]
依据测量需求，依次通过相移控制变换扫描角度θs，其中s＝0，2，
…
，s-1的正整数，并按照上述方法提取扫描范围内所有目标或测点的振动与形变位移元素值。
[0063]
对于某一个目标或测点，设其处于的扫描角度为θs，距离天线的距离为r，最终得到的振动与形变位移时间序列为[x(1，θs，r)，
…
，x(p，θs，r)，
…
]，p＝1，2，
…
，p为循环扫描周期序号，时间间隔为循环扫描一次所用的时间或称为循环扫描周期。
[0064]
上述某一个目标或测点的振动与形变位移时间序列[x(1，θs，r)，
…
，x(p，θs，r)，
…
]，根据需要对总体的常量相位进行处理，处理方式为减去序列的平均值或减去序列的初始值或其他类似的方式。
[0065]
实施例2：
[0066]
本发明还提供一种扫描式微波振动与形变测量系统，其特征在于，所述系统应用上述中的扫描式微波振动与形变测量方法，所述系统包括如下模块：
[0067]
微波收发器：用于通过发射天线阵列同时发射多通道的线性调频连续波微波信号，并接收回波信号，输出多通道基带信号，通过发射天线的相移控制实现合成波束的循环扫描。
[0068]
微波收发器包括线性调频连续波微波信号源、功率分配器、混频器、相移器、放大器、发射天线阵列、接收天线阵列；信号源与功率分配器相连，一部分与相移器相连，通过发射天线辐射信号，另一部分作为混频用本振信号；相移器与发射天线相连，用于通过相移调控使发射天线阵列发射的合成波束的主瓣朝向某一个设定的扫描角度；接收天线阵列和放大器相连，输出的放大信号和混频器相连，在混频器端和本振信号混频，输出多通道基带信号。
[0069]
发射天线阵列根据空间方位角和俯仰角扫描需求，能够水平布置、竖向布置或两者组合布置；发射天线阵列的发射天线个数需大于或等于2，发射天线间的间距为等间距或不等间距布置；接收天线阵列的接收天线个数需大于或等于1，接收天线间的距离为等间距或者不等间距布置；相移器的数量等于发射天线个数，所述的相移器还能够使用时间延迟线或其他具有相移控制功能的器件。
[0070]
控制与处理器：用于控制微波收发器的波束扫描、基带信号采集和被测目标或测点的振动与形变位移提取。
[0071]
控制与处理器包括扫描控制单元和信号采集与处理单元；扫描控制单元用于对发射天线通道的相移控制、循环扫描周期的控制及对微波收发器其他常规参数的控制；所述的相移控制通过每个发射天线连接的相移器的配置实现。信号采集与处理单元，用于对多通道基带信号进行同步采集，对采集的基带信号通过处理提取被测目标或测点的振动与形变位移值。
[0072]
显示与保存模块：用于显示或保存包括但不限于系统扫描角度分布和全体被测目标或测点的振动与形变位移序列值或波形，及其他中间处理信息。
[0073]
实施例3：
[0074]
实施例3为实施例1和实施例2的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
[0075]
本发明提供一种扫描式微波振动与形变测量方法，如图1所示，通过多个发射天线同时发射线性调频连续波，对多个发射天线的发射信号进行相移控制，实现合成波束的主瓣朝向被测的某一角度方向。同时，通过多个接收天线接收回波，得到多通道的基带信号，对采集的多通道基带信号进行非线性解调处理，得到该周期角度方向一的单目标(或测点)或多目标(或测点)的振动与形变位移值。
[0076]
然后通过多个发射天线的相移控制，实现合成波束主瓣的角度偏移，基于上述方法提取该周期角度方向二的单目标(或测点)或多目标(或测点)的振动与形变位移值。
[0077]
根据测量需求，测量和提取该周期其他角度方向的单目标(或测点)或多目标(或测点)的振动与形变位移值。
[0078]
依据上述扫描方法，间隔一定的周期时间，开展循环的角度方向的扫描式振动与形变测量，得到所有扫描测点或目标的振动与形变位移时间序列值。
[0079]
多个发射天线同时发射线性调频连续波的波束合成和主瓣朝向角度控制方法：设根据先验知识或被测要求或微波全场测点初步定位信息，拟测量的目标或测点在微波前端辐射波的角度为θ0。
[0080]
如图2所示，以第一个天线为参考点，相移分别为0，2πd
2 sinθ0/λc，
…
，2πd
k sinθ0/λc，式中，dk(k＝2，
…
n)为第k个发射天线距离第一个发射天线的距离，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长。相移的控制包括但不限于使用相移器或时间延迟线或其他相移控制技术。发射天线阵列的布置方式为等间距布置或不等间距稀疏布置。扫描的角度及其分布根据测量需要，或测点或目标的空间布置情况确定。为了实现发射波束合成聚焦的控制，针对水平角扫描需将发射天线阵列水平布置，针对俯仰角扫描需将发射天线阵列俯仰竖向布置，针对空间角度扫描需将发射天线阵列在水平和竖向均需布置。如图3所示，例如若实现空间上的距离天线分别为r1和r2的两个目标或测点的振动与形变测量，水平布置的发射天线波束合成角度需为θh，并结合俯仰竖向布置的发射天线波束合成俯仰角度为θv。为达到上述波束合成控制，发射天线阵列的具体布置方式可根据需要线性或面型或环形或其他规则及无规则方式布置。
[0081]
某一扫描周期某角度方向的单目标(测点)或多目标(测点)的振动与形变位移值提取方法：设第一个发射天线的发射信号为s1(t)，根据发射天线阵列的相移控制方法，合成的发射信号为：
[0082]st
(t，θ)＝a(θ)hs1(t)a(θ0)，
[0083]
式中，(
·
)h为矩阵的共轭转置运算，(
·
)
t
为矩阵的转置运算，j为虚数单位，2πdksinθ0/λc为第k个发射天线相对于第一个发射天线(参考点)的相移值，dk为第k个发射天线相对于第一个发射天线的距离，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长，θ0为以中心轴线为基准，波束扫描的角度。各发射天线发射的信号为线性调频连续波信号或其他相当于线性调频连续波的信号。
[0084]
第一个发射天线的发射信号s1(t)表示为：
[0085][0086]
式中a
t
为发射信号幅值，f0为发射的载波起始频率，b为发射带宽，t
sweep
为扫频周期，t为扫频周期内的时间变量，φ0为初始相位。
[0087]
为方便说明测试原理，假设发射天线等间隔排列，间隔为d(即dk＝(k-1)d)，则角度θ方向合成的每个扫频周期的发射信号为：
[0088][0089]
通过与本振信号混频、低通滤波后得到第一个接收天线对应通道第i个扫频周期的基带信号为：
[0090]
[0091]
式中，ψ＝πd(sinθ
0-sinθ)/λc，ab为基带信号的幅值，t
sweep
为扫频周期，r为目标或测点和微波收发器之间的距离，λ0为线性调频连续波起始频率对应的波长，x(it
sweep
)为当前扫描周期目标或测点振动与形变位移值序列对应第i个扫频周期的元素值，k为同时发射信号的发射天线个数。每次扫描角度发射周期个数i是等于1或者大于1的正整数，当大于1时根据需要取多个发射周期时间内的平均值或最优值或其他选定值。
[0092]
设通过差拍频率fb解调后，得到相位复矢量表示为可以看出通过发射波束的空间合成，以等间距发射阵列为示例，基带信号的数学模型推导和解调分析，被测目标或测点的振动/形变位移与成一定的线性关系，线性关系的常量相位为同时，相位复矢量的幅值增加了倍，信噪比得到了大幅提高。当θ＝θ0时，幅值是单发射天线的音，功率是单发射天线的k2倍。可以看出，由于波束合成聚焦的振动与形变测量机制和方法，辐射到被测目标或测点的信号强度得到大幅提高，从而使被测目标或测点振动与形变测量的信噪比得到大幅提高，有效降低了噪声干扰，为解决微波超高精度、超微幅和远距离的振动与形变测量难题提供了有效方法。
[0093]
当发射阵列天线的间距不一致时，根据波束空间叠加合成原理，相当于非均匀波束叠加合成，仅影响合成波束主旁瓣的比值，同样适用于上述推导和建立的扫描波束振动与形变测量的机理和方法。
[0094]
进一步，针对接收阵列天线通道扫描角度θ0的基带信号相位复矢量可表示为：
[0095][0096]
式中，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长，θ0为以中心轴线为基准，波束扫描的角度。d
rxm
(m＝1，
…
，m)分别为第m个接收天线到第一个接收天线的距离，其中d
rx1
＝0，m为接收天线的个数，大于等于1。接收天线之间的距离可为等间距或者不等间距的稀疏阵列。
[0097]
因此，通过非线性解调方法提取被测目标或测点的当次扫描周期的振动与形变位移序列的元素值x(p，θs，r)计算为：
[0098][0099]
式中，x(p，θs，r，it
sweep
)表示为第p次循环扫描，波束扫描的角度为θs，发射扫频周
期为i，当前扫描角度距离为r的被测目标或测点的位移序列元素值，t
sweep
为发射天线发射线性调频连续波的扫频周期，arg[
·
]为取复数相位值的运算，n为每个扫频周期单通道基带信号元素的个数，n为每个扫频周期单通道基带信号元素的序号，ts为基带信号采样频率时间。sb(p，θs，it，nts)为第p次循环扫描，波束扫描角度为θs，第i个发射扫频周期共m个通道基带信号组成的矩阵，矩阵的列向量为第m＝1，2，
…
，m通道的基带信号，j为虚数单位，为被测目标或测点距离对应的差拍频率估计值，d
rxm
(m＝1，
…
，m)分别为第m个接收天线到第一个接收天线的距离，其中d
rx1
＝0，λc为线性调频连续波中心频率对应的波长。上述非线性解调计算方法，在不改变实质的情况下，亦可在此基础上变换为其他解调计算公式。
[0100]
每次扫描角度发射扫频周期个数i等于1或者大于1的正整数，当大于1时根据需要x(p，θs，r)取当次扫描周期多个发射扫频周期时间内x(p，θs，r，it
sweep
)序列的平均值或最优值或其他选定值。
[0101]
从上述分析和推导可以看出，本发明通过建立波束合成扫描及该机制下的微波振动与形变测量方法和系统，每次基于波束合成聚焦，针对某一特定角度方向的测点或目标进行振动与形变测量，大幅抑制了该角度方向外其他目标或测点带来的杂波干扰(参见波束合成聚焦后，根据不同角度方位的信号强度幅值比例系数可以看出扫描角度方向明显高于附近方向)，有效解决了其他目标或测点带来的杂波干扰难题，特别是有效解决了邻近角度像目标或测点的耦合杂波干扰难题，从而使测量的精度和可靠性得到大幅提高。
[0102]
循环扫描方法：依据测量需求，依次通过相移控制变换扫描角度θs，其中s＝0，2，
…
，s-1的正整数，并按照上述方法提取扫描范围内所有目标或测点的振动与形变位移元素值。对于某一个目标或测点，设其处于的扫描角度为θs，距离天线的距离为r，最终得到的振动与形变位移时间序列为[x(1，θs，r)，
…
，x(p，θs，r)，
…
]，p＝1，2，
…
，p为循环扫描周期序号，时间间隔为循环扫描一次所用的时间或称为循环扫描周期。
[0103]
上述某一个目标或测点的振动与形变位移时间序列[x(1，θs，r)，
…
，x(p，θs，r)，
…
|，可根据需要对总体的常量相位进行处理，处理方式为减去序列的平均值或减去序列的初始值或其他类似的方式。
[0104]
因此，本发明通过建立波束合成扫描及该机制下的微波振动与形变测量方法和系统，可实现设定的指定波束角度方向测点或目标的振动与形变测量，解决了对于包括但不限于面型结构对象的微波多测点及全场测点振动与形变测量需要粘贴或者安装角反射器等靶标的局限性，减少了对被测结构动态性能的影响，同时提高了测试的便利性和操作简便性，且能够适用于无法粘贴靶标的场合；
[0105]
另外，本发明通过相移控制的波束合成扫描式的微波振动与形变测量，能够方便地大幅提高角度维度的分辨率，通过相移控制容易实现1
°
及以下的扫描角度分辨率，而若通过现有的多发多收阵列天线实现1
°
的角度分辨率需要超过100个物理或虚拟通道个数，解决现有微波全场振动测量技术需要依靠大量的收发通道个数进行虚拟阵列重构实现较高角度分辨的局限性，实现多测点或全场测点高空间分辨率的振动与形变测量；
[0106]
本发明还提供一种扫描式微波振动与形变测量系统，如图4所示，包括：
[0107]
微波收发器：用于通过发射天线阵列同时发射多通道的线性调频连续波微波信
号，并接收回波信号，输出多通道基带信号，通过发射天线的相移控制实现合成波束的循环扫描。
[0108]
如图5所示，微波收发器包括线性调频连续波微波信号源、功率分配器、混频器、相移器、放大器、发射天线阵列、接收天线阵列。信号源与功率分配器相连，一部分与相移器相连，通过发射天线辐射信号，另一部分作为混频用本振信号。相移器与发射天线相连，用于通过相移调控使发射天线阵列发射的合成波束的主瓣朝向某一个设定的扫描角度。接收天线阵列和放大器相连，输出的放大信号和混频器相连，在混频器端和本振信号混频，输出多通道基带信号。发射天线阵列根据空间方位角和俯仰角扫描需求，可水平布置、竖向布置或两者组合布置。发射天线阵列的发射天线个数需大于或等于2，发射天线间的间距为等间距或不等间距布置；接收天线阵列的接收天线个数需大于或等于1，接收天线间的距离可为等间距或者不等间距布置。所述相移器的数量等于发射天线个数，所述的相移器也可以使用时间延迟线或其他具有相移控制功能的器件。
[0109]
控制与处理器：用于控制微波收发器的波束扫描、基带信号采集和被测目标或测点的振动与形变位移提取。
[0110]
控制与处理器包括扫描控制单元和信号采集与处理单元。扫描控制单元用于对发射天线通道的相移控制、循环扫描周期的控制及对微波收发器其他常规参数的控制；所述的相移控制通过每个发射天线连接的相移器的配置实现。信号采集与处理单元，用于对多通道基带信号进行同步采集，对采集的基带信号通过处理提取被测目标或测点的振动与形变位移值。
[0111]
显示与保存模块：用于显示或保存包括但不限于系统扫描角度分布和全体被测目标或测点的振动与形变位移序列值或波形，及其他中间处理信息。
[0112]
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
[0113]
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。
[0114]
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，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。