[发明专利]一种基于现场可编程门阵列的微变测量数据处理方法

说明书

技术领域

本发明属于微变检测领域，涉及一种微变测量数据处理方法。

背景技术

微变检测是基于微波雷达系统和干涉测量技术的一种检测系统，其可以实现对目标物微小形变进行监测和检测，方便于建筑物的日常维护和安全运营。特别是近年来，高大建筑物的快速发展，更需要对这些建筑物进行无损检测NDT（Non-destructive Testing），微变检测系统正是在这一要求下发展起来的。

进入20世纪末以后，无损检测更是进入了一个蓬勃发展的时期。随着现代传感与通信技术的发展，出现了一大批新的无损检测方法和检测手段，使得现代无损检测正在向着智能化、快速化、系统化的方向发展。

目前比较先进的无损检测技术是IBIS系统，它是利用步进频率连续波雷达，将目标物的反射信号输入计算机，使用IBIS系统软件进行数据处理。IBIS系统软件包括IBIS Controller数据采集软件和IBIS Guardian数据实时分析软件。

在IBIS系统处理数据时，先将第一个回波采样信号经过IFFT，在IFFT结果中确定目标点的峰值，之后计算该目标点的距离和相位当目标的第二个回波的采样数据经过相同的计算后得相位得到两次回波信号目标点的相位后通过下式计算目标物的微动。

IBIS系统采用软件实现处理雷达回波信号。使用软件进行信号处理速度比较慢，效率较低，并且用软件处理数据需要用计算机数据处理终端，成本高且体积大不易携带。

IBIS系统采用的是连续波雷达信号体制。连续波雷达功耗大，且接收和发送天线相互存在干扰，限制了雷达的发射功率。同时为了获得高距离的效果，雷达信号的带宽较大，增加了回波信号接收机的实现难度。

发明内容

技术问题：本发明提供一种采用现场可编程门阵列进行微变检测数据处理，使得输入的是基带回波数字信号，输出的结果是被检测物形变量的基于现场可编程门阵列的微变测量数据处理方法。

技术方案：本发明的基于现场可编程门阵列的微变测量数据处理方法，包括以下步骤：

1）在现场可编程门阵列中，分别对步进频率脉冲雷达第一个回波的基带数字信号和第二个回波的基带数字信号进行逆傅里叶变换，得到目标物的第一个回波高分辨率一维距离像和第二个回波高分辨率一维距离像，所述逆傅里叶变换采用流水线结构和乒乓操作；

2）对所述目标物的第一个回波高分辨率一维距离像和第二个回波高分辨率一维距离像分别进行目标抽取，得到目标物的第一个回波真实一维距离像和第二个回波真实一维距离像，从而消除距离模糊现象，然后设置门限判决阀值，分别采用取极值的方法从所述第一个回波真实一维距离像和第二个回波真实一维距离像中提取散射点，得到目标物的第一个回波散射点和第二个回波散射点；

3）在现场可编程门阵列中，采用流水线形式实现坐标旋转计算机算法，分别提取出目标物的第一个回波散射点和第二个回波散射点的相位，然后计算出每个目标物的第一个回波散射点和第二个回波散射点的相位差，最后利用下述公式得出目标物的位移：

其中，d表示目标物的位移，c是光的传播速度，f₀是发射信号的频率，是第一个回波信号的相位，是第二个回波信号的相位。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明是基于现场可编辑门阵列的微变检测数据处理方法，数据处理采用硬件形式实现。硬件实现数据处理要比软件实现数据处理速度快，所以硬件实现的微变检测数据处理的实时性更好。数据处理使用现场可编辑门阵列芯片实现，比起原先的使用计算机方法更节约成本，减小微变检测系统体积，节约功耗。本发明采用硬件实现，因而能够克服软件实现速度慢的不足，提高微变检测系统数据处理的实时性。

2.本发明中，回波的基带数字信号经过基于现场可编程门阵列的微变检测数据处理方法的处理可以得到目标物的微小位移。本发明的微变检测数据处理方法的结果精度很高，当发射信号的频率十几GHz，即发射信号的波长为毫米波时，利用本发明的相位提取算法，提取相位的精度可以到达1°，则微变检测系统对目标物位移变化的检测精度可以达到毫米级别。

附图说明

图1为本发明方法的逻辑流程图；

图2为本发明方法采用现场可编程门阵列实现的数据处理结构原理图；

图3为本发明方法中采用的蝶形运算单元现场可编程门阵列实现的流程图；

图4为本发明方法中采用的坐标旋转计算机算法的旋转原理图；