多目標微變形分時遙測方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種多目標微變形分時遙測方法與系統(tǒng)，系統(tǒng)由信標機及發(fā)射天線和接收機及接收天線構成。采用CDMA技術分別產(chǎn)生載波相同的2路擴頻調(diào)制信號。將參考信標機信號直接送往參考點發(fā)射天線，將觀測點信標機信號通過單刀多擲開關SPMT依次送往n個觀測點發(fā)射天線。接收機天線任意時刻只接收到2路混合擴頻調(diào)制信號，使用相關解擴技術分離出參考信標機的載波信號和觀測點信標機的載波信號，計算觀測點信標機載波與參考信標機載波之間的相位差，根據(jù)開關控制邏輯信號計算出各觀測點天線與參考點天線之間的相對位移量。與現(xiàn)有方法相比，該方法具有如下優(yōu)點：(1)減少了多址干擾，提高了測量精度；(2)減小了重量體積，降低了系統(tǒng)造價。
【專利說明】多目標微變形分時遙測方法與系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于變形監(jiān)測【技術領域】，涉及一種多目標微變形分時遙測方法與系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在自然界中建筑物會在各種影響因素的作用下，其形狀，大小，位置會在時域空間中發(fā)生變化，如高層建筑物的擺動，大壩變形等。而當變形量超過變形體所能承受的允許范圍時，則會給人類的生產(chǎn)生活帶來嚴重災難，因此對物體進行變形監(jiān)測具有重要意義。
[0003]專利CN101349753A提出了一種變形遙測方法，其基本工作原理是，在被測物上安裝無線電信標機，遠處布置遙測接收機，信標機使用不同的偽碼調(diào)制同頻同相的載波信號，遙測接收機在達到偽碼同步后，分離出各信標機的載波信號，對載波信號進行鑒相，可以監(jiān)測出建筑物的變形量。但這種方法的缺點是:(1)產(chǎn)生大量正交偽碼十分困難，多址干擾大，從而系統(tǒng)測量精度低；(2)每個觀測點對應一個無線電信標機，設備體積大，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多目標微變形分時遙測方法與系統(tǒng)，該方法通過各觀測點天線共用無線電信標機分時發(fā)射無線電遙測信號，實現(xiàn)各觀測點天線的微變形測量。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0006]一種多目標微變形分時遙測方法，該方法在被測物體上安裝η個觀測點發(fā)射天線，在穩(wěn)定位置安裝參考點發(fā)射天線，參考點發(fā)射天線直接發(fā)射參考信標機的擴頻調(diào)制信號，η個觀測點發(fā)射天線共享一個觀測點信標機，分時發(fā)射觀測點信標機的擴頻調(diào)制信號；接收機接收混合擴頻調(diào)制信號，在偽碼同步后，分離出來自于參考信標機的載波信號和來自于觀測點信標機的載波信號，然后識別出該信號具體來自于哪個觀測點發(fā)射天線，使用鑒相器計算出來自于任一觀測點發(fā)射天線與來自于參考點發(fā)射天線之間的載波相位差，得到視線方向位移量，使用數(shù)據(jù)擬合算法得到建筑物變形曲線。
[0007]進一步，參考信標機與觀測點信標機采用正交偽碼(如m序列碼和Gold碼)調(diào)制同頻同相的本地載波，產(chǎn)生2路擴頻調(diào)制信號。
[0008]進一步，觀測點信標機產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號分時地分別送給η個觀測點發(fā)射天線，可通過單刀多擲微波開關來實現(xiàn)。
[0009]進一步，接收機使用解調(diào)出來的開關控制邏輯信號來識別恢復的中頻載波信號具體來自于哪個觀測點發(fā)射天線。
[0010]進一步，開關控制邏輯信號可直接使用單獨的無線發(fā)送模塊發(fā)送，也可直接經(jīng)參考信標機偽碼調(diào)制后生成擴頻調(diào)制信號經(jīng)參考點發(fā)射天線向接收機發(fā)送。
[0011]本發(fā)明還提供了一種多目標微變形分時遙測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信標機電路及其發(fā)射天線，接收機電路及其接收天線構成:參考信標機電路產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號直接送往參考點發(fā)射天線輻射出去；觀測點信標機電路產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號通過單刀多擲微波開關分時地送往η個觀測點發(fā)射天線輻射出去；接收機電路對接收天線收到的混合擴頻調(diào)制信號進行處理，恢復出來自于各觀測點發(fā)射天線與來自于參考點發(fā)射天線的中頻載波信號，計算載波相位差，得到各觀測點視線方向位移量。
[0012]進一步，所述觀測點信標機的工作過程為:中頻本振信號經(jīng)分頻電路產(chǎn)生兩路時鐘信號，一路送給參考信標機偽碼PNR和觀測點信標機偽碼PNT生成電路，一路送給開關控制邏輯信號D產(chǎn)生電路；參考信標機偽碼PNR對開關控制邏輯信號D進行擴頻調(diào)制，生成參考信標機基帶信號，然后將其調(diào)制在中頻本振信號上，將此中頻擴頻調(diào)制信號與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波放大后生成射頻擴頻調(diào)制信號，直接送往參考點發(fā)射天線；觀測點信標機偽碼PNT直接調(diào)制在中頻本振信號上，然后將此中頻擴頻調(diào)制信號與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波放大后生成射頻擴頻調(diào)制信號，該射頻信號通過單刀多擲開關送往η個觀測點天線，單刀多擲開關的切換受開關控制邏輯信號D控制。
[0013]進一步，所述遙測接收機的工作過程為:接收天線接收到射頻擴頻調(diào)制信號后，經(jīng)過低噪聲放大后與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波后下變頻至中頻，使用偽碼捕獲跟蹤環(huán)路在本地再生出同步的參考信標機偽碼PNR，使用載波跟蹤環(huán)路和相干解調(diào)電路得到微波開關控制邏輯信號D和來自于參考點天線的中頻載波信號，利用參考信標機偽碼PNR與觀測點信標機偽碼PNT同步的性質得到觀測點信標機偽碼ΡΝΤ，使用此偽碼對中頻信號進行相關解擴，恢復出來自于觀測點信標機的中頻載波信號，根據(jù)開關控制邏輯信號D判斷該中頻載波信號具體對應于哪個觀測點天線，使用鑒相器得到來自于任一觀測點天線的中頻載波信號與來自于參考點天線的中頻載波信號之間的相位差，送往數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)做進一步處理，將前后兩次測量的相位差轉換為觀測點的位移量，將多個觀測點的位移量通過數(shù)據(jù)擬合算法得到整個建筑物的變形曲線。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:(1)降低了微變形監(jiān)測系統(tǒng)正交碼的設計難度，減少了多址干擾，提高了測量精度(原來是從η+1路混合擴頻調(diào)制信號中恢復觀測點的載波信號，而現(xiàn)在是從2路混合擴頻調(diào)制信號中恢復觀測點的載波信號)；(2)減小了整個監(jiān)測系統(tǒng)的重量體積，降低了整個系統(tǒng)的造價(原來是η個觀測點需要η個信標機，而現(xiàn)在是η個觀測點只需要I個信標機，成本變?yōu)樵瓉淼腎/η)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0016]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構總體框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的各信號波形示意圖；
[0018]圖3為信標機電路結構框圖；
[0019]圖4為接收機電路結構框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0021]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構總體框圖。如圖所示，變形監(jiān)測系統(tǒng)由信標機及其發(fā)射天線和接收機及其接收天線組成。信標機只有2個，分別為參考信標機和觀測點信標機。參考信標機與觀測點信標機采用碼分多址CDMA (Code Division Multiple Access)技術分別產(chǎn)生2路擴頻調(diào)制信號，這兩路擴頻調(diào)制信號的載波同頻同相。參考信標機的擴頻調(diào)制信號直接送往參考點發(fā)射天線，觀測點信標機使用單刀多擲開關SPMT(Single PortMultiple Turn)將擴頻調(diào)制信號依次送往n個觀測點天線。接收機天線接收參考點天線和觀測點天線發(fā)來的混合擴頻調(diào)制信號，使用相關解擴技術分離載波，恢復出來自于參考點和任一觀測點天線的載波信號，使用鑒相器計算二者相位差，經(jīng)過前后兩次測量可得相位差變化量，據(jù)此可以計算出各觀測點天線在視線方向上的位移量。
[0022]圖2為本發(fā)明的各信號波形示意圖(以系統(tǒng)總共有η = 2個觀測點天線，連續(xù)兩次測量為例說明)。圖中S1 (t)為參考信標機擴頻調(diào)制信號，直接送往參考點發(fā)射天線；S2(t)為觀測點信標擴頻調(diào)制信號；s3(t)為經(jīng)過單刀多擲開關送往第I個觀測點發(fā)射天線的信號，Td表示控制信號脈沖寬度，I；表示脈沖重復周期，I次掃描周期為nI；;S4(t)為經(jīng)過單刀多擲開關送往第i個觀測點發(fā)射天線的信號(i ( n) ；s5(t)為接收機接收到的混合擴頻調(diào)制信號；s6(t)為恢復的來自于參考點發(fā)射天線的載波信號；s7(t)為恢復的來自觀測點發(fā)射天線的載波信號；s8(t)為恢復的單刀多擲開關控制邏輯信號，對應于單刀多擲開關切換接通哪個觀測點天線；s9(t)為來自于某觀測點天線與參考點天線的載波信號相位差，0RTi (k)犮示來自于第i個觀測點天線與參考點天線之間的載波相位差(第k次測量)；s1(l(t)為來自于某觀測點天線與參考點天線的載波信號相位差的前后兩次測量結果的變化量，Δ? κτ? (k) = (0rti (k -1) - 0RTj (k))-表示來自于第i個觀測點天線與參考點天線的載波信號相位差的前后兩次(第k-Ι次，第k次)測量結果的變化量，利用A0RTi(k) = 2πΔφ(10Α^的關系，得到第i個觀測點天線的視線方向位移量AdiGO。
[0023]圖3為信標機電路結構框圖。如圖所示，中頻本振信號經(jīng)分頻電路產(chǎn)生兩路時鐘信號，一路送給參考信標機偽碼PNR和觀測點信標機偽碼PNT生成電路，一路送給開關控制邏輯信號D產(chǎn)生電路；參考信標機偽碼PNR對開關控制邏輯信號D進行擴頻調(diào)制，生成參考信標機基帶信號，然后將其調(diào)制在中頻本振信號上，將此中頻擴頻調(diào)制信號與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波和功率放大后生成射頻擴頻調(diào)制信號，直接送往參考點發(fā)射天線；觀測點信標機偽碼PNT直接調(diào)制在中頻本振信號上，然后將此中頻擴頻調(diào)制信號與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波和功率放大后生成射頻擴頻調(diào)制信號，該射頻信號通過單刀多擲開關送往η個觀測點天線，單刀多擲開關的切換受開關控制邏輯信號D控制。
[0024]參考信標機電路產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號為:
[0025]sE (t) = (D(t).PNR (t)).cos (2 n fEFt) (公式 I)
[0026]上式中，fEF為射頻載波頻率，PNR(t)為參考信標機的擴頻碼，D(t)表示觀測點信標機開關控制邏輯信號。參考信標機電路產(chǎn)生的射頻擴頻調(diào)制信號直接送往參考點天線輻射出去。
[0027]觀測點信標機電路產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號為:
[0028]sT (t) = PNT (t) cos (2 π fEFt) (公式 2)
[0029]上式中，PNT(t)為觀測點信標機偽碼。觀測點信標機電路產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號經(jīng)單刀多擲開關依次送往η個觀測點天線輻射出去。第i個觀測點天線輻射的信號為:
【權利要求】
1.一種多目標微變形分時遙測方法，其特征在于:在被測物體上安裝η個觀測點發(fā)射天線，在穩(wěn)定位置安裝參考點發(fā)射天線，參考點發(fā)射天線直接發(fā)射參考信標機的擴頻調(diào)制信號，η個觀測點發(fā)射天線共享一個觀測點信標機，分時發(fā)射觀測點信標機的擴頻調(diào)制信號；接收機接收混合擴頻調(diào)制信號，在偽碼同步后，分離出來自于參考信標機的載波信號和來自于觀測點信標機的載波信號，然后根據(jù)控制邏輯信號識別出該載波信號具體來自于哪個觀測點發(fā)射天線，使用鑒相器計算出來自于任一觀測點發(fā)射天線與來自于參考點發(fā)射天線之間的載波相位差，得到各觀測點視線方向位移量，使用數(shù)據(jù)擬合算法得到建筑物變形曲線。
2.根據(jù)權利要求1所述的多目標微變形分時遙測方法，其特征在于:參考信標機電路與觀測點信標機電路所產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號的載波同頻同相，擴頻碼正交，擴頻碼可選m序列碼或Gold碼。
3.根據(jù)權利要求1所述的多目標微變形分時遙測方法，其特征在于:使用開關控制邏輯信號控制單刀多擲開關SPMT，將觀測點信標機電路的擴頻調(diào)制信號依次送往η個觀測點發(fā)射天線，任一時刻，只有一個觀測點天線輻射信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的多目標微變形分時遙測方法，其特征在于:觀測點信標機控制邏輯信號可經(jīng)參考信標機偽碼調(diào)制后形成參考信標機擴頻調(diào)制信號發(fā)往接收機。
5.根據(jù)權利要求1所述的多目標微變形分時遙測方法，其特征在于:接收機天線接收2路混合擴頻調(diào)制信號，使用偽碼捕獲與跟蹤環(huán)路得到同步的參考信標機偽碼，采用相干解調(diào)電路解調(diào)出開關控制邏輯信號，用于判斷接收機恢復的載波信號具體對應于哪個觀測點天線。
6.根據(jù)權利要求1所述的多目標微變形分時遙測方法，其特征在于:采用3個以上的接收機，可計算出各觀測點3個以上視線方向上的位移量，以實現(xiàn)建筑物的3維變形監(jiān)測。
7.一種多目標微變形分時遙測系統(tǒng)，其特征在于:由信標機電路及其發(fā)射天線，接收機電路及其接收天線構成；參考信標機電路產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號直接送往參考點發(fā)射天線輻射出去；觀測點信標機電路產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號通過單刀多擲微波開關SPMT分時地送往η個觀測點發(fā)射天線輻射出去；接收機電路對接收天線收到的混合擴頻調(diào)制信號進行處理，恢復出來自于觀測點發(fā)射天線與來自于參考點發(fā)射天線的載波信號，計算載波相位差，得到各觀測點視線方向位移量。
8.根據(jù)權利要求7所述的多目標微變形分時遙測系統(tǒng)，其特征在于:所述信標機電路由中頻本振、分頻、微波開關控制邏輯信號產(chǎn)生、參考信標機偽碼產(chǎn)生、觀測點信標機偽碼產(chǎn)生、調(diào)制、射頻本振、混頻器、帶通濾波器、功率放大器等構成；其工作過程為:中頻本振信號經(jīng)分頻電路產(chǎn)生兩路時鐘信號，一路送給參考信標機偽碼PNR和觀測點信標機偽碼PNT生成電路，一路送給開關控制邏輯信號D產(chǎn)生電路；參考信標機偽碼PNR對開關控制邏輯信號D進行擴頻調(diào)制，生成參考信標機基帶信號，然后將其調(diào)制在中頻本振信號上，將此中頻擴頻調(diào)制信號與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波和功率放大后生成射頻擴頻調(diào)制信號，直接送往參考點發(fā)射天線；觀測點信標機偽碼PNT直接調(diào)制在中頻本振信號上，然后將此中頻擴頻調(diào)制信號與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波和功率放大后生成射頻擴頻調(diào)制信號，該射頻信號通過單刀多擲開關送往η個觀測點天線，單刀多擲開關的切換受開關控制邏輯信號D控制。
9.根據(jù)權利要求7所述的多目標微變形分時遙測系統(tǒng)，其特征在于:所述接收機電路由低噪聲放大器、射頻本振、混頻器、帶通濾波器、參考信標機偽碼捕獲跟蹤環(huán)路、載波跟蹤環(huán)路與相干解調(diào)、觀測點信標機相關解擴、鑒相器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等電路構成；其工作過程為:接收天線接收到射頻擴頻調(diào)制信號后，經(jīng)低噪聲放大器后與射頻本振信號混頻，經(jīng)帶通濾波器后下變頻至中頻，使用偽碼捕獲跟蹤環(huán)路在本地再生出同步的參考信標機偽碼PNR，使用載波跟蹤環(huán)路和相干解調(diào)電路得到微波開關控制邏輯信號D和來自于參考點天線的中頻載波信號，利用參考信標機偽碼PNR與觀測點信標機偽碼PNT同步的性質得到觀測點信標機偽碼PNT，使用此偽碼進行對中頻信號進行相關解擴，恢復出來自于觀測點信標機的中頻載波信號，根據(jù)開關控制邏輯信號D判斷該中頻載波信號對應于哪個觀測點天線，使用鑒相器得到來自于任一觀測點天線的中頻載波信號與來自于參考點天線的中頻載波信號之間的相位差，送往數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)做進一步處理，將前后兩次測量的相位差轉換為觀測點 的位移量，將多個觀測點的位移量通過數(shù)據(jù)擬合算法得到整個建筑物的變形曲線。
【文檔編號】G01S13/36GK103983967SQ201410218489
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權日:2014年5月22日
【發(fā)明者】王韜, 李康男, 謝曉姣, 張洪, 鄭海升, 楊力生, 廖勇, 王坤, 高葉霞, 張潘, 謝芝茂 申請人:重慶大學