[发明专利]基于FMCW雷达的结构健康监测系统与方法

权利要求书

1.一种基于FMCW雷达的结构健康监测系统，其特征在于，包含雷达收发器与控制器；

雷达收发器：产生并发射雷达电磁波，接收散射回来的电磁回波，对雷达电磁波与电磁回波进行处理获得基带差拍信号；

所述控制器包含以下模块：

信号采集与处理模块：对基带差拍信号进行数据采集与信号处理，获得结构变形位移时域信息；

特征提取与后处理模块：对结构变形位移时域信息进行特征提取，获得特征信息，执行结构健康状态评估操作。

2.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达的结构健康监测系统，其特征在于，雷达收发器的工作模式为线性调频连续波模式；

雷达收发器对雷达电磁波与电磁回波进行以下任一种或任多种方式处理后获得基带差拍信号：放大；混频；滤波。

3.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达的结构健康监测系统，其特征在于，所述雷达收发器包含调制波信号发生器、压控振荡器、功率分配器、功率放大器、低噪声放大器、正交混频器、低通滤波器、发射天线以及接收天线；

调制波信号发生器、压控振荡器、功率分配器的一端依次连接；功率分配器的另一端分别连接至功率放大器的一端、正交混频器的一端；功率放大器的另一端与发射天线相连；

接收天线、低噪声放大器、正交混频器的一端依次连接；正交混频器的另一端与低通滤波器相连。

4.根据权利要求3所述的基于FMCW雷达的结构健康监测系统，其特征在于，基带差拍信号包含I通道基带差拍信号与Q通道基带差拍信号；调制波信号发生器产生调制波信号；

所述信号采集与处理模块包含以下单元：

信号采集单元：对I通道基带差拍信号、Q通道基带差拍信号以及调制波信号进行同步采样；或者，

根据调制波信号提供的同步信号，触发同步采集I通道基带差拍信号与Q通道基带差拍信号；

信号处理单元：对采集的I通道基带差拍信号与Q通道基带差拍信号进行频率与相位估计，获得被测结构一个或多个部位的结构变形位移时域信息。

5.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达的结构健康监测系统，其特征在于，所述特征提取与后处理模块包含以下单元：

特征提取单元：对被测结构的一个或多个部位的结构变形位移时域信息进行特征提取，获得特征信息；

后处理单元：依据被测结构的结构变形位移时域信息，与提取得到的特征信息，进行结构健康状态评估。

6.根据权利要求5所述的基于FMCW雷达的结构健康监测系统，其特征在于，所述特征包含振动频率；

所述后处理单元还包含警报单元：根据结构健康状态评估结果进行报警提醒。

7.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达的结构健康监测系统，其特征在于，还包含以下模块：

数据显示模块：显示采集的基带差拍信号与提取的特征信息；

数据保存模块：保存采集的基带差拍信号与提取的特征信息；

人机交互模块：实现人机交互功能；

电源模块：对系统中功能模块供电。

8.一种使用权利要求1至7中任一项所述的基于FMCW雷达的结构健康监测系统的监测方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1：在被测结构前安装固定基于FMCW雷达的结构健康监测系统，调整雷达中心视线与结构变形量方向的夹角，使发射的雷达电磁波照射到被测结构的主体部位；

步骤S2：雷达收发器发出线性调频的雷达电磁波，并接收被测结构散射的电磁回波，得到I通道基带差拍信号与Q通道基带差拍信号，经过信号采集与处理，得到被测结构一个或多个部位的结构变形位移时域信息；

步骤S3：根据结构变形位移时域信息，观察被测结构在负载条件下的结构变形响应，进行包含振动频率的特征的提取与结构健康状态评估。