【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维位移测量，具体地，涉及一种基于单微波收发器的三维位移测量方法和系统。
技术介绍
1、振动和形变是两个紧密关联于物体或系统的运动和结构性质的物理现象。不论是物体在平衡位置周围往复振动，还是在受外部力作用下产生形变，在宏观层面它们均会在系统整体或局部的位移中体现出来。在制造业精密加工、航空航天等许多领域中，物体或系统的振动与形变情况复杂，需要精密的三维位移测量来综合感知物体或系统在三维空间中的振动与形变情况，进而揭示系统全局的静态或动态特性。另一方面，目标或测点的三维空间位移信息是开展设备或结构状态监测、控制反馈等必须的关键感知信息，具有广泛的测量需求。
2、目前的三维位移测量技术主要包括三轴加速度计、激光多普勒测振仪、基于视觉的位移测量。然而，使用三轴加速度计进行现场测量时布线和组网繁琐，操作不便，且主要测量加速度，位移测量精度差；激光多普勒测振仪和视觉测量技术，对测试场景的光照等条件要求高，恶劣环境适应性差，且需要至少两到三个感测装置协同测量。
3、基于微波感知的振动与形变位移测量是一种新型的振动与形变测量技术，现有的基于微波感知的三维位移测量方法，在测试过程中必须需要三台及以上感测头或设备组网协同测量，硬件复杂度高，且需要考虑设备间的数据同步难题，灵活性亦较差。因此，迫切需要一种基于单微波收发器(微波感测头)的三维位移测量技术和系统。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于单微波收发器的三维位移测量方法和系
2、根据本专利技术提供的一种基于单微波收发器的三维位移测量方法，包括：
3、步骤s1：在被测目标或测点上安装固定微波收发器；
4、步骤s2：在微波收发器波束辐射范围内放置大于等于三个参考目标并使之保持固定，建立三维位移测量坐标系，测量或计算参考目标相互的欧氏距离；
5、步骤s3：建立微波收发器坐标和参考目标至微波收发器距离的函数映射关系；
6、步骤s4：重构微波收发器所在测点的三维位移时间序列。
7、优选地，所述步骤s2的参考目标布置方法为：在微波收发器波束辐射范围内选择一个参考平面，在该参考平面内布置三个非共线的参考目标。
8、优选地，所述步骤s2的三维位移测量坐标系的建立方法为：以第一个参考目标所在位置为坐标原点，y轴正方向由第一个参考目标指向第二个参考目标，x轴正方向与y轴正方向垂直，且指向第三个参考目标，z轴正方向指向微波收发器所在的半空间。
9、优选地，所述步骤s2的参考目标相互的欧氏距离表示方法为：测量或计算三个参考目标相互的欧氏距离，分别记为：r12,r13,r23.其中，rij(1≤i<j≤3)表示第i个参考目标和第j个参考目标之间的欧氏距离。在所述模块m2构建的坐标系下第i个参考目标的坐标记为(xi,yi,zi)(i＝1,2,3)，其中，(x1,y1,z1)＝(0,0,0),(x2,y2,z2)＝(0,r12,0),(x3,y3,z3)＝(r13sinθ,r13cosθ,0),θ为与y轴的夹角。
10、优选地，所述步骤s3包括：
11、测量或从微波收发器中频信号中提取三个参考目标与微波收发器之间的距离，分别记为r1,r2,r3；设微波收发器在所述步骤s2构建的坐标系下的坐标为(xdev,ydev,zdev)，得到：
12、
13、其中，fn(n＝1,2,3)表示函数映射关系,rij(1≤i<j≤3)表示第i个参考目标和第j个参考目标之间的欧氏距离。
14、优选地，所述步骤s4包括：
15、控制微波收发器发射和接收电磁波信号并接收对应的回波信号，从基带信号中提取三个参考目标的位移时间序列，分别记为dr1(mt),dr2(mt),dr3(mt)，其中，m＝1，2，…为等效位移采样周期序号，t为等效位移采样周期时间。设被测目标沿所述步骤s2构建的坐标系的x，y，z三轴方向的位移时间序列分别为dxdev(mt),dydev(mt),dzdev(mt)，其中，m＝1，2，…为等效位移采样周期序号，t为等效位移采样周期时间。通过微波收发器坐标(xdev,ydev,zdev)函数fn(n＝1,2,3)对r1,r2,r3的进行微分求解，分别得到dxdev(mt),dydev(mt),dzdev(mt)与三个参考目标的位移时间序列dr1(mt),dr2(mt),dr3(mt)的重构映射关系，实现被测目标沿所述步骤s2构建的坐标系的x，y，z三轴方向的位移时间序列测量。
16、根据本专利技术提供的一种基于单微波收发器的三维位移测量系统，包括：
17、模块m1：微波收发器安装固定在被测目标上；
18、模块m2：在所述微波收发器波束辐射范围内布置大于或等于三个参考目标，建立三维位移测量坐标系，测量或计算参考目标相互的欧氏距离；
19、模块m3：建立微波收发器坐标和参考目标至微波收发器距离的函数映射关系；
20、模块m4：重构微波收发器所在测点的三维位移时间序列。
21、优选地，所述模块m2的参考目标布置方法为：在微波收发器波束辐射范围内选择一个参考平面，在该参考平面内布置三个或超过三个非共线的参考目标。
22、优选地，所述模块m2的三维位移测量坐标系的建立方法为：以第一个参考目标所在位置为坐标原点，y轴正方向由第一个参考目标指向第二个参考目标，x轴正方向与y轴正方向垂直，且指向第三个参考目标，z轴正方向指向微波收发器所在的半空间。
23、优选地，所述模块m2的参考目标相互的欧氏距离表示方法为：测量或计算三个参考目标相互的欧氏距离，分别记为：r12,r13,r23.其中，rij(1≤i<j≤3)表示第i个参考目标和第j个参考目标之间的欧氏距离。在所述模块m2构建的坐标系下第i个参考目标的坐标记为(xi,yi,zi)(i＝1,2,3)，其中，(x1,y1,z1)＝(0,0,0),(x2,y2,z2)＝(0,r12,0),(x3,y3,z3)＝(r13sinθ,r13cosθ,0),θ为与y轴的夹角。
24、优选地，所述模块m3包括：
25、测量或从微波收发器中频信号中提取三个参考目标与微波收发器之间的距离，分别记为r1,r2,r3；设微波收发器在所述步骤s2构建的坐标系下的坐标为(xdev,ydev,zdev)，得到：
26、
27、其中，fn(n＝1,2,3)表示函数映射关系，rij(1≤i<j≤3)表示第i个参考目标和第j个参考目标之间的欧氏距离。
28、优选地，所述模块m4包括：
29、控制微波收发器发射和接收电磁波信号并接收对应的回波信号，从基带信号中提取三个参考目标的位移时间序列，分别记为dr1(mt),dr2(mt),dr3(mt)，其中，m＝1，2，…为等效位移采样周期序号，t为等效位本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤S2的参考目标布置方法为：在微波收发器波束辐射范围内选择一个参考平面，在该参考平面内布置三个非共线的参考目标。
3.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤S2的三维位移测量坐标系的建立方法为：以第一个参考目标所在位置为坐标原点，Y轴正方向由第一个参考目标指向第二个参考目标，X轴正方向与Y轴正方向垂直，且指向第三个参考目标，Z轴正方向指向微波收发器所在的半空间。
4.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤S2的参考目标相互的欧氏距离表示方法为：测量或计算三个参考目标相互的欧氏距离，分别记为：r12,r13,r23.其中，rij(1≤i<j≤3)表示第i个参考目标和第j个参考目标之间的欧氏距离。在所述模块M2构建的坐标系下第i个参考目标的坐标记为(xi,yi,zi)(i＝1,2,3)，其中，(x1,y1,z1)＝(0,0,0)
5.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
6.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
7.一种基于单微波收发器的三维位移测量系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于单微波收发器的三维位移测量系统，其特征在于，所述模块M2的参考目标布置方法为：在微波收发器波束辐射范围内选择一个参考平面，在该参考平面内布置三个或超过三个非共线的参考目标。
9.根据权利要求7所述的基于单微波收发器的三维位移测量系统，其特征在于，所述模块M2的三维位移测量坐标系的建立方法为：以第一个参考目标所在位置为坐标原点，Y轴正方向由第一个参考目标指向第二个参考目标，X轴正方向与Y轴正方向垂直，且指向第三个参考目标，Z轴正方向指向微波收发器所在的半空间。
10.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量系统，其特征在于，所述模块M2的参考目标相互的欧氏距离表示方法为：测量或计算三个参考目标相互的欧氏距离，分别记为：r12,r13,r23.其中，rij(1≤i<j≤3)表示第i个参考目标和第j个参考目标之间的欧氏距离。在所述模块M2构建的坐标系下第i个参考目标的坐标记为(xi,yi,zi)(i＝1,2,3)，其中，(x1,y1,z1)＝(0,0,0),(x2,y2,z2)＝(0,r12,0),(x3,y3,z3)＝(r13 sinθ,r13 cosθ,0),θ为与Y轴的夹角；
...【技术特征摘要】
1.一种基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤s2的参考目标布置方法为：在微波收发器波束辐射范围内选择一个参考平面，在该参考平面内布置三个非共线的参考目标。
3.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤s2的三维位移测量坐标系的建立方法为：以第一个参考目标所在位置为坐标原点，y轴正方向由第一个参考目标指向第二个参考目标，x轴正方向与y轴正方向垂直，且指向第三个参考目标，z轴正方向指向微波收发器所在的半空间。
4.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤s2的参考目标相互的欧氏距离表示方法为：测量或计算三个参考目标相互的欧氏距离，分别记为：r12,r13,r23.其中，rij(1≤i<j≤3)表示第i个参考目标和第j个参考目标之间的欧氏距离。在所述模块m2构建的坐标系下第i个参考目标的坐标记为(xi,yi,zi)(i＝1,2,3)，其中，(x1,y1,z1)＝(0,0,0),(x2,y2,z2)＝(0,r12,0),(x3,y3,z3)＝(r13 sinθ,r13 cosθ,0),θ为与y轴的夹角。
5.根据权利要求1所述的基于单微波收发器的三维位移测量方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭志科，缑英杰，熊玉勇，田文迪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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