本發(fā)明涉及大型設(shè)備的變形監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種大型設(shè)備多點微位移測量方法。

背景技術(shù)：

變形監(jiān)測是對被監(jiān)測的對象或物體(簡稱變形體)進行測量以確定其空間位置及內(nèi)部形態(tài)隨時間的變化特征。變形監(jiān)測又稱變形測量或變形觀測。變形體一般包括工程建筑物、技術(shù)設(shè)備以及其他自然或人工對象，在變形監(jiān)測的基礎(chǔ)上發(fā)展成為安全監(jiān)測。安全監(jiān)測的成果不僅可以反映建筑物的工作性態(tài)，同時還能反饋給生產(chǎn)管理部門，以控制和調(diào)節(jié)建筑物的荷載，所以，安全監(jiān)測有時又稱安全監(jiān)控。安全監(jiān)測的主要目的是確定建筑物的工作性態(tài)，保證建筑物的安全運營。在工程建筑物的施工和運營期間，都必須對它們進行變形觀測，以監(jiān)視建筑物的安全狀態(tài)。

`隨著世界信息化的快速發(fā)展，在一定程度上，也推動了大型的信息設(shè)備如服務(wù)器等迅速發(fā)展和使用。眾所周知，不管是正在生產(chǎn)還是已交付運營的大型信息設(shè)備，都會受到各種各樣的因素影響而會發(fā)生一定的變形。而任何設(shè)備對變形的承受能力都是有限度的，一旦超過其本身所能承受的最高限度，不僅會對其正常使用產(chǎn)生一定的影響，嚴重情況下，會導致已變形的設(shè)備發(fā)生宕機等嚴重的后果，給設(shè)備的正常使用帶來不利的影響。

能夠科學、準確、及時的預報和分析大型設(shè)備的變形狀況及其重要，不僅能夠及時的發(fā)現(xiàn)大型設(shè)備所存在的問題，同時通過所提供的變形信息對大型設(shè)備做綜合評估及危險預警，并采取相應(yīng)的措施以減少經(jīng)濟損失。

由現(xiàn)有技術(shù)的雷達原理可知，雷達的距離分辨率與其發(fā)射信號的帶寬成反比例關(guān)系，因此，可以通過發(fā)射超寬帶信號來獲取距離向的高分辨率，由于受到技術(shù)上及硬件成本上的約束，超寬帶信號的實現(xiàn)是從事雷達領(lǐng)域科研人員所研究的焦點及難點。隨著世界各國對寬帶技術(shù)研究的不斷深入，合成寬帶技術(shù)應(yīng)運而生。通過合成而得到的寬帶信號不僅克服了技術(shù)上及成本上的問題，在對目標進行成像時的分辨率與理想的超寬帶信號相同。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是提供一種大型設(shè)備多點微位移測量方法。

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實現(xiàn)的，

一種大型設(shè)備多點微位移測量方法，具體方法如下：

S1、在被測物表面上安裝角發(fā)射器，在遠端布置雷達，雷達發(fā)射多子帶信號，其中子帶內(nèi)為線性調(diào)頻信號，子帶間為步進頻率信號；

S2、對接收到的基頻回波做脈沖壓縮處理；

S3、對回波信號做匹配濾波、頻域拼接及IDFT運算等處理進行相干合成；

S4、獲得高分辨率距離像；

S5、對前后兩次距離像做相位干涉測量，測得每個角反射器在雷達視線方向上的位移量。

進一步的，優(yōu)選的方法為，所述的測量過程用公式表述為，

第一步將t₁和t₂時刻兩次分別測得的信號S(R，t₁)和S(R，t₂)進行復相關(guān)運算，第二步通過公式(8)將第i個散射點載波干涉相位計算出來，第三步根據(jù)公式(11)將散射點的位移計算出來。

其中：

在t₁和t₂時刻，能夠通過計算得出散射點i的干涉相位

第i個散射點在雷達距離像的位移量就可以表示為：

進一步的，優(yōu)選的方法為，所述的相位干涉測量，即通過信號往返于雷達和角反射器之間的相位差來測量角反射器的位移量。

進一步的，優(yōu)選的方法為，公式具體過程如下：

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

其中f₀(k)為發(fā)射信號子脈沖的中心頻率，R為目標點到雷達的距離，c為電磁波的傳播速度，K為調(diào)頻斜率，T_p0為子脈沖的長度公式(1)中不考慮幅度的影響；

對公式(1)做傅里葉變換，同樣的忽略幅度，得到各個子脈沖的脈沖壓縮信號的頻譜表達式為：

其中然后再進行頻譜的平移，得到各個子脈沖經(jīng)過脈沖壓縮信號的頻移量是Δf，

經(jīng)過頻移以后的頻譜表示為：

當頻率步進量與子脈沖帶寬相等的時候，即是Δf＝B₀，把頻移之后的頻譜進行疊加，得到疊加之后的數(shù)學表達式為：

最后，對疊加得到的信號頻譜進行傅里葉逆變換，得到時域上的距離壓縮信號；

各子帶信號的帶寬為B₀，因此各個子帶信號的距離分辨率可表示為c/2B₀，而經(jīng)過合成之后的信號帶寬為B，合成以后的信號距離分辨率就可以表示為c/2B；

當在設(shè)備上安裝了P個角反射器時，第i個角反射器的位置離雷達天線陣的真實距離表示為R_i，定義一個虛擬位置為R′_i，R′_i表示角反射器延遲線離雷達天線陣的虛擬距離，即R′_i在真實距離R_i上疊加一固定距離；當系統(tǒng)運作時，雷達使用了天線陣及射無線電波信號，照射角反射器，延遲τ_t時間后，接受回波信號，進行匹配濾波運算處理；以下均用散點表示角反射器；

當只有一個散射點i時，其信號的數(shù)學表達式為：

當存在P個散射點時，復合信號可表示為：

在t₁和t₂時刻，通過計算得出散射點i的干涉相位

其中，ang()表示求相位運算，為方便計算，當

但k≠1，在這種情況下就可以得到第i個散射點的干涉相位：

其中，在公式(10)中，γ代表信號的波長；將得出第i個散射點在雷達距離像的位移量表示為：

進一步的，優(yōu)選的方法為，所述的微位移的測量精度與載波波長、載波干涉相位測量精度相關(guān)，即當微位移測量精度提高，載波相位測量精度越高，信號的波長越短。

一種大型設(shè)備多點微位移測量裝置，包括雷達和角發(fā)射器，其中，角發(fā)射器安裝在被測大型設(shè)備表面；

還包括脈沖壓縮模塊，用于對接收到的基頻回波做脈沖壓縮處理；匹配濾波模塊，用于對回波信號做匹配濾波處理；頻域拼接模塊，用于對于對回波信號做頻域拼接處理；IDFT運算模塊，用于對于對回波信號做IDFT運算處理；距離像形成模塊，用于高分辨率一維距離像的生成；相位干涉測量模塊，用于對前后兩次距離像做相位干涉測量，測得每個角反射器在雷達視線方向上的位移量。

本發(fā)明的一種大型設(shè)備多點微位移測量方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果如下：

(1)、采用了頻域合成的方法對信號進行融合，與時域合成相比，減少了運算量；

(2)、將現(xiàn)有的無線電遙測技術(shù)和合成寬帶技術(shù)有效的結(jié)合起來，能夠提高現(xiàn)有變形監(jiān)測系統(tǒng)區(qū)分無源角反射器的分辨率，實現(xiàn)了多點的微位移測量；

(3)、能夠?qū)赡馨l(fā)生危險的設(shè)備提早做出預警；

(4)、對大型設(shè)備的位移測量能夠有效地避免因非人為因素所產(chǎn)生的不利影響，能夠給設(shè)備維護人員提供相關(guān)的信息，從而使設(shè)備能夠持續(xù)不斷地正常服務(wù)。

具體實施方式

實施例1：

IDFT就是Inverse Discrete Fourier Transform離散傅里葉逆變換。

本發(fā)明研究了一種基于寬帶雷達的位移測量技術(shù)。雷達發(fā)射多子帶信號，其中子帶內(nèi)為線性調(diào)頻信號，子帶間為步進頻率信號。雷達對回波信號做匹配濾波、頻域拼接及IDFT運算等處理進行相干合成，從而獲得高分辨率距離像，對前后兩次距離像做相位干涉測量，測得每個角反射器在雷達視線方向上的位移量。

傅里葉變換傅里葉變換能將滿足一定條件的某個函數(shù)表示成三角函數(shù)(正弦和/或余弦函數(shù))或者它們的積分的線性組合。

附圖1為頻域合成流程圖，合成寬帶處理是對各子脈沖做脈沖壓縮之后進行的。由于發(fā)射信號的子脈沖內(nèi)是線性調(diào)頻信號，對接收到的基頻回波做脈沖壓縮處理以后的數(shù)學表達式為：

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

其中f₀(k)為發(fā)射信號子脈沖的中心頻率，R為目標點到雷達的距離，c為電磁波的傳播速度，K為調(diào)頻斜率，T_p0為子脈沖的長度，公式(1)中不考慮幅度的影響，對理論結(jié)果影響不大。

對公式(1)做傅里葉變換，同樣的可以忽略幅度，可以得到各個子脈沖的脈沖壓縮信號的頻譜表達式為：

其中然后再進行頻譜的平移，可以得到各個子脈沖經(jīng)過脈沖壓縮信號的頻移量是Δf，那么

那么經(jīng)過頻移以后的頻譜可表示為：

當頻率步進量與子脈沖帶寬相等的時候，也即是Δf＝B₀，只需要把頻移之后的頻譜進行疊加即可，可以得到疊加之后的數(shù)學表達式為：

最后，對疊加得到的信號頻譜進行傅里葉逆變換，可以得到時域上的距離壓縮信號，由于信號的頻譜寬度增加了，因此分辨率也會得到相應(yīng)的提高。各子帶信號的帶寬為B₀，因此各個子帶信號的距離分辨率可表示為c/2B₀，而經(jīng)過合成之后的信號帶寬為B，因此，合成以后的信號距離分辨率就可以表示為c/2B。

附圖2為載波相位干涉測量原理圖，假設(shè)在設(shè)備上安裝了P個角反射器，第個角反射器的位置離雷達天線陣的真實距離表示為R_i，但由于角反射器延遲線，需要定義一個虛擬位置為R′_i，R′_i表示角反射器延遲線離雷達天線陣的虛擬距離，即R′_i在真實距離R_i上疊加一固定距離。系統(tǒng)運作時，雷達使用了天線陣發(fā)射無線電波信號，照射角反射器，延遲τ_t時間后，并接受回波信號，進行匹配濾波運算處理。以下均用散點表示角反射器。

當只有一個散射點i時，其信號的數(shù)學表達式為：

當存在P個散射點的時候，復合信號可表示為：

在t₁和t₂時刻，能夠通過計算得出散射點i的干涉相位

其中，ang()表示求相位運算，為方便計算，可以把但k≠1，在這種情況下就可以得到第i個散射點的干涉相位：

其中，在公式(10)中，γ代表信號的波長。那么可以得出第i個散射點在雷達距離像的位移量就可以表示為：

因此整個測量過程可表述為：第一步將t₁和t₂時刻兩次分別測得的信號S(R，t₁)和S(R，t₂)進行復相關(guān)運算，第二步通過公式(8)將第i個散射點載波干涉相位計算出來，第三步根據(jù)公式(11)將散射點的位移計算出來。通過公式(11)可以看出，載波波長以及載波干涉相位測量精度決定了微位移的測量精度。要使微位移測量精度提高，就需要載波相位測量精度越高，那么在滿足其他要求下，就要求信號的波長越短。

一種大型設(shè)備多點微位移測量方法，具體方法如下：

S1、在被測物表面上安裝角發(fā)射器，在遠端布置雷達，雷達發(fā)射多子帶信號，其中子帶內(nèi)為線性調(diào)頻信號，子帶間為步進頻率信號；

S2、對接收到的基頻回波做脈沖壓縮處理；

S3、對回波信號做匹配濾波、頻域拼接及IDFT運算等處理進行相干合成；

S4、獲得高分辨率距離像；

S5、對前后兩次距離像做相位干涉測量，測得每個角反射器在雷達視線方向上的位移量。

一種大型設(shè)備多點微位移測量裝置，包括雷達和角發(fā)射器，其中，角發(fā)射器安裝在被測大型設(shè)備表面；

還包括脈沖壓縮模塊，用于對接收到的基頻回波做脈沖壓縮處理；匹配濾波模塊，用于對回波信號做匹配濾波處理；頻域拼接模塊，用于對于對回波信號做頻域拼接處理；IDFT運算模塊，用于對于對回波信號做IDFT運算處理；距離像形成模塊，用于高分辨率一維距離像的生成；相位干涉測量模塊，用于對前后兩次距離像做相位干涉測量，測得每個角反射器在雷達視線方向上的位移量。

雷達對回波信號做匹配濾波、頻域拼接及IDFT運算等處理進行相干合成，從而獲得高分辨率距離像，對前后兩次距離像做相位干涉測量，測得每個角反射器在雷達視線方向上的位移量。

將現(xiàn)有的無線電遙測技術(shù)和合成寬帶技術(shù)有效的結(jié)合起來，能夠提高現(xiàn)有變形監(jiān)測系統(tǒng)區(qū)分無源角反射器的分辨率，有著更強的工程應(yīng)用價值。

通過上面具體實施方式，所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易的實現(xiàn)本發(fā)明。但是應(yīng)當理解，本發(fā)明并不限于上述的幾種具體實施方式。在公開的實施方式的基礎(chǔ)上，所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可任意組合不同的技術(shù)特征，從而實現(xiàn)不同的技術(shù)方案。