【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体火箭发动机的微形变检测，具体涉及一种用于应变场测量的微波成像仿真试验系统及方法。
技术介绍
1、针对被测物体的微形变等缺陷检测，目前大多采用微波扫描显微镜、数字图像、电阻应变片测试技术、矩形波导测试技术等。
2、2012年和2013年，alexander tselev和k.haddadi等人通过构建近程微波扫描显微镜，实现了微米级的空间成像，并在实验中能够有效对化学物质石墨烯进行空间测量。2015年，aydin babakhani提出一种近场毫米波成像方法并成功构建出成像系统，通过使用微波反射系数幅值和相位信息对缺陷进行重构，实现了次波长级的分辨率。
3、2019年北京邮电大学李海红教授等人利用微波在与有金属介质相互作用时将会影响mie谐振的谐振模式，导致反射系数曲线上吸收峰的频率和幅度发生变化，通过分析谐振频率的变化情况对金属介质进行微波成像，实现了微波成像在金属无损检测上的应用。2020年guanren chen比较直管和弯管管壁减薄的反射信号，定量评价了弯管的影响。模拟了直径为19mm的含全周向缺陷管道的电磁场，评估了缺陷对透射波的影响，发现当弯管尺寸一定时，管壁减薄的长度和深度对反射信号的减小并没有明显影响。但是振幅衰减比较明显。2021年reza k.amineh等人通过测量近场区域的反向散射场，利用微波进行3d成像，使用波束空间变换来增强近场全息成像的解决方案实现了基于近场微波全息成像和波束空间变换来检测非金属管道中缺陷的目的。
4、近年来，矩形波导的近场微波成像
5、某研究所开展了基于矩形波导缺陷检测测试技术研究，进行了多次搭载试验，取得了一定研究成果。但由于矩形波导在固体火箭发动机壳体缺陷应用经验的短缺，导致微波成像在壳体应变场测试数据不足和测试精度不足。并且目前sar雷达成像的扫描时间过长，缺乏真实的雷达回波数据分析。
6、对于微波成像测试系统，试验研究结果较少，需要在仿真研究方法上和数据分析上开展深入研究。同时需要一套微波设备收集数据，在实际情况下采集回波数据进行分析。对于数字图像相关测试技术，试验研究结果表明在实际测试环境下，快速实时收集试验数据难以保证，试验强振动、强光环境使得关键检测设备工作有效性难以保证，试验过程中成像的分辨率无法保证。
7、传统的力学测试往往采用电阻应变片对材料的受力情况进行测量，然而，这种测试方法存在测试精度低、重复性差、测点有限等局限性，且测试数据需要进行有线传输，导致该测试方法难以满足恶劣环境和复杂表面的高精度应变测试。我们将具有无接触特征的微波成像技术运用到壳体缺陷检测中，既可实现测试数据的无线传输，还可以通过研究接收到的回波数据变化与壳体表面应力应变的变化，实现对复杂环境下，复杂表面及材料内部微小力和应变的高精度测量。同时传统sar雷达成像系统扫描方式时间长，无法满足试验需求，稀疏阵列扫描方式在保证高宽带高分辨率的情况下，大大减少了扫描时间。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用于应变场测量的微波成像仿真试验系统及方法，采用稀疏阵列扫描的方式解决了测试时间短的问题。搭建了一套毫米波成像设备为后续传感器的研发提供数据支持。
2、为解决上述技术问题，本专利技术目的之一是提供一种用于应变场测量的微波成像仿真试验系统，包括：
3、运动控制模块，所述运动控制模块控制雷达按设定轨迹进行移动，通过在plc控制机箱中编程控制驱动器使二维滑轨沿着规划好的路径运动，实现对雷达运动轨迹的控制形成虚拟合成孔径；
4、数据采集模块，所述数据采集模块实现雷达原始数据的采集工作，选择iwr1443与dca1000的组合完成雷达原始数据的采集，雷达模块iwr1443负责发射和接收毫米波，数据处理模块dca1000负责高速捕获雷达原始数据并通过网线传给计算机；
5、成像处理模块，所述成像处理模块将采集的雷达原始数据进行处理，通过雷毫米波雷达成像算法实现成像，处理过程在matlab2021中实现。
6、进一步地，所述数据采集模块通过雷达收发软件负责毫米波雷达板参数设置以及控制数据采集工作。
7、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种用于应变场测量的微波成像仿真试验方法，操作步骤如下：
8、s1：成像系统硬件搭建模块，根据仿真数据搭建了一套平面扫描体制的近场sar成像系统，即控制雷达实施平面扫描，进而形成合成孔径，最终实现对近场目标的高分辨率成像；
9、s2：扫描算法与系统仿真模块，通过matlab研究了sar成像需要满足的阵列约束，采用稀疏阵列的扫描方式进行成像仿真；
10、s3：成像测距试验模块，通过该系统的测距功能对远处目标进行了测距，本试验在距离雷达8m处放置目标，通过测距结果显示精度在0.5mm，结果与仿真结果相同。
11、进一步地，所述s2扫描算法与系统仿真模块具体操作为：
12、s21：取高度-距离切面矩阵中的距离单元向量做hankel构造变换，采用矩阵填充算法对稀疏扫描的结果实现扫描矩阵恢复，对缺失回波数据进行了补充；
13、s22：将通过点目标仿真和实测验证上述稀疏轨迹毫米波雷达成像方法的性能；通过设置单点目标仿真及确定雷达的发射波形来验证本文方法的有效性，近场成像通过调制高斯脉冲提供短脉宽的脉冲信号还能避免雷达近场视野盲区覆盖目标位置；
14、s23：使用matlab矩阵工作室对回波进行成像处理，根据cst仿真方法得到回波数据，将回波数据全部导入，不同步长下，回波的振幅和时间延迟均有变化，初步测算与仿真设置一致；
15、s24：推演算法结合rma算法中保守信噪比预测算法来处理信噪比波动，在波数域对整个成像区域做处理，在近场成像中接收到的均是球面波，将球面波分解成平面波，经过反演可以得到目标图像，对该算法的成像效果进行检验，使用bp算法和rma算法结合的对单目标进行成像，最后在cst中设置多散射点组成的字母发现性能与单一散射点小球的结果相同。
16、进一步地，所述s2中通过点目标仿真和实测验证稀疏轨迹毫米波雷达成像方法的性能，具体操作：
17、1)：通过点目标仿真试验，分析了成像结果并验证了算法的可行性；
18、2)：利用多组实测数据与直接成像的结果作比较，论证了算法的优越性。
19、进一步地，所述s2通过角锥喇叭天线阵列满足仿真中所使用的频率，天线具体尺寸如下：波导的宽度a＝10mm，高度b＝10mm，喇叭口径的宽度a＝20mm，高度b＝20.5mm。主瓣增益可达18db。
20、进一步地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于应变场测量的微波成像仿真试验系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于应变场测量的微波成像仿真系统，其特征在于：所述数据采集模块通过雷达收发软件负责毫米波雷达板参数设置以及控制数据采集工作。
3.根据权利要求1所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验系统的试验方法，其特征在于，操作步骤如下：
4.根据权利要求3所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验方法，其特征在于，所述S2扫描算法与系统仿真模块具体操作为：
5.根据权利要求3所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验方法，其特征在于，所述S2中通过点目标仿真和实测验证稀疏轨迹毫米波雷达成像方法的性能，具体操作：
6.根据权利要求3所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验方法，其特征在于：所述S2通过角锥喇叭天线阵列满足仿真中所使用的频率，天线具体尺寸如下：波导的宽度a＝10mm，高度b＝10mm，喇叭口径的宽度A＝20mm，高度B＝20.5mm。主瓣增益可达18dB。
7.根据权利要求5所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种用于应变场测量的微波成像仿真试验系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于应变场测量的微波成像仿真系统，其特征在于：所述数据采集模块通过雷达收发软件负责毫米波雷达板参数设置以及控制数据采集工作。
3.根据权利要求1所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验系统的试验方法，其特征在于，操作步骤如下：
4.根据权利要求3所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验方法，其特征在于，所述s2扫描算法与系统仿真模块具体操作为：
5.根据权利要求3所述的用于应变场测量的微波成像仿真试验方法，其特征在于，所述s2中通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：田虎强，张成飞，赵鑫宇，安洋，张晨，宋宇龙，
申请(专利权)人：内蒙航天动力机械测试所，
类型：发明
国别省市：
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