基于步进频率连续波微形变检测系统研究

基于步进频率连续波微形变检测系统研究随着桥梁和建筑行业的飞速发展,微形变监测技术对桥梁和大型建筑物的健康普查和灾害预防具有重要意义。与传统微形变监测方法相比,微波干涉测量法具有高精度,非接触式远距离测量和实时测量等无可比拟的优势。本文主要基于步进频率连续波、干涉测量技术以及合成孔径雷达的基本理论,分别对一维目标微形变检测系统和二维目标微形变检测系统进行设计和仿真验证,测量精度可达亚毫米级。本文首先介绍了基于步进频率连续波的微波干涉测量法的基本理论,为微形变检测系统的设计提供理论依据。

提出了两种去除采样冗余的算法解决一维距离像过程中存在的采样冗余问题,其中一种是末点法,另一种是全点法。微波干涉测量法通过比较不同时刻相同目标回波信号的相位差来获取目标的微形变,本文分析了干涉测量过程中存在的倒π问题并详细介绍了两种解决方法——共轭相乘法和坐标轴旋转法。然后,利用微波干涉测量法设计了一维点目标微形变检测系统。一维点目标微形变检测过程分为一维点目标距离测量过程和一维点目标微形变测量过程。

一维点目标距离测量主要依据步进频率连续波的高距离分辨率原理,通过对回波信号进行混频滤波、采样量化以及傅立叶逆变换等一系列数字信号处理来获得高分辨率一维距离像进而确定目标位置。一维点目标微形变测量是对一维距离像上的目标点进行多次测量,比较不同时刻的回波相位,实现对目标的微形变实时测量。最后,利用Matlab对一维目标微形变测量系统进行仿真分析。最后,在一维点目标微形变测量系统的基础上设计二维点目标微形变测量系统。

二维目标微形变测量系统与一维目标微形变测量系统的主要区别在于:利用合成孔径雷达技术完成了对方位向目标的测量。二维点目标微形变测量系统的测量过程可分为二维点目标成像过程和二维点目标微形变测量过程。二维微形变测量系统利用后向投影算法对二维目标进行成像,利用成像确定位置后再采用干涉测量进行微形变检测。最后同样利用Matlab对二维点目标微形变检测系统进行仿真分析。