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申请/专利权人：四川交奥智控防护科技有限公司

摘要：本发明公开了一种“微波有源信标微位移测量方法及系统”，其技术领域属于测量仪器领域。本发明中，有源信标放置在被测点，信标发送初始相位恒定的微波信号，测量点在接收到该信号后提取其相位信息，通过比较每次接收到信号的相位变化，从而解算出测量点和被测点的微小位移变化；引入射频标签功能，按照RFID空中接口通信协议规范完成多个测试点有源信标的身份识别和防碰撞；同时，提出了分布式测量模式下，通过合理布置多个测量主机和有源信标高效完成复杂测量任务。该发明解决了常规微位移测量系统的测量距离较近、总体结构复杂、多点同时测量困难、无法完成三维位移量测量以及测量过程繁琐等问题。

主权项：1.一种微波有源信标多点微位移测量系统，该系统由待测点的微波有源信标和测量点的主机两部分组成，其特征在于，有源信标从待测点发送初始相位恒定的微波信号，测量点在接收到该信号后提取其相位信息，通过比较每次接收到信号的相位变化，从而解算出测量点和被测点的微小位移变化；同时，该系统引入RFID射频标签功能模块，能够完成多个测量点的分布式微位移的远距离同时测量，并且能够进一步完成待测点的三维微位移测量；有源信标包括高稳定相干频率源（1）、波形产生与调制功能模块（2）、微波带通功率放大功能模块（3）、有源信标的环形器（4）、有源信标的天线（5）、通讯与控制功能模块（6）和有源信标的射频标签功能模块（17）；测量主机包括测量主机的天线（8）、测量主机的环形器（9）、带通低噪声放大功能模块（10）、高阻带微波带通滤波器功能模块（11）、高精度AD变换功能模块（12）、信号处理功能模块（13）、终端处理及显示功能模块（14）、通讯与控制功能模块（15）和测量主机的射频标签功能模块（18）；有源信标中的高稳定相干频率源（1）产生初始相位稳定的高频信号，该信号经过波形产生与调制功能模块（2）后送入微波带通功率放大功能模块（3），经过功率放大后送入有源信标的环形器（4），然后送到有源信标的天线（5）发射出去，有源信标中的通讯与控制功能模块（6）完成与测量主机的通讯及相关测量操作命令；测量主机的天线（8）接收到有源信标发射的信号后，经过测量主机的环形器（9）送到带通低噪声放大功能模块（10），再送到高阻带微波带通滤波器功能模块（11），再送到高精度AD变换功能模块（12）进行数据采集及存储，再送到信号处理功能模块（13）通过硬件、软件的方式进行相位信息提取，最后送到终端处理及显示功能模块（14）；测量主机中的通讯与控制功能模块（15）完成与有源信标的通讯及相关测量操作命令；射频标签功能模块（17、18）用以满足多点测量和有源信标的识别功能；每个有源信标都拥有唯一的射频标签，按照RFID空中接口通信协议规范完成多个测试点有源信标的身份识别和防碰撞；多点分布式测量模式包括一个有源信标搭配多个测量主机，一个测量主机搭配多个有源信标，或多个有源信标搭配多个测量主机，通过合理布置多个测量主机的机位，进一步解算出待测点的三维微位移。

全文数据：微波有源信标多点微位移测量方法及系统技术领域测量领域，特别是涉及微位移测量领域。背景技术目前使用微波技术进行微位移测量的基本方法都是比较被测点返回的信号和测量点的发射信号之间的相位差，通过两者相位差的变化解算得到两点之间微位移的量。目前的测量技术，如发明专利CN200310113925.9“一种微位移测量技术”，突出的问题是当测量点与被测点距离增大时，接收信号很快就降低到测量系统灵敏度以下，导致无法测量；发明专利CN201310067245.1“远距离微位移测量系统”虽然在被测点使用相干有源反射器代替发明专利CN200310113925.9中的角反射器从而增加了系统的测量距离，其基本原理还是解算收发信号间的相位变化进行测距，另外该测量系统的测量点和被测点设备都需要高性能的发射和接收功能模块，总体结构比较复杂，并且多点同时测量的能力有限；发明专利CN201310224629.X“基于距离欺骗技术的微位移测量方法及系统”也是使用微波相参反射器代替角反射器，同时借鉴了雷达对抗领域中的距离欺骗技术，解决了临近多点同时测量的问题，其基本原理还是解算收发信号间的相位变化进行测距，另外该测量系统除了测量点和被测点设备都需要高性能的发射和接收功能模块，而且由于需要解决靠近的相邻两个测量点的分辨问题，信号处理比较复杂。为此，本发明提出一种微波有源信标多点微位移测量方法及系统，能够用比较简单的方式有效实现分布式的多点微位移的远距离同时测量，并且可以通过合理布置测量主机进一步完成待测点的三维微位移测量。发明内容在本微波有源信标多点微位移测量系统中，有源信标放置在被测点，信标发送初始相位恒定的微波信号，测量点在接收到该信号后提取其相位信息，通过比较每次接收到信号的相位变化，从而解算出测量点和被测点的微小位移变化，分述如下：微波有源信标多点微位移测量系统如附图所示，图中虚线框（a）内是有源信标功能组成，虚线框（b）内是测量主机功能组成。有源信标（a）中的高稳定相干频率源1产生初始相位稳定的高频信号，该信号经过波形产生与调制功能模块2后送入微波带通功率放大功能模块3，经过功率放大后送入环形器4，然后送到天线5发射出去，其中通讯与控制功能模块6完成与测量主机的通讯及相关测量操作命令，电源功能模块7给有源信标提供工作及休眠状态电源。测量主机（b）的天线8接收到有源信标发射的信号后，经过环形器9送到带通低噪声放大功能模块10，再送到高阻带微波带通滤波器功能模块11，再送到高精度AD变换功能模块12进行数据采集及存储，再送到信号处理功能模块13通过硬件、软件的方式进行相位信息提取，最后送到终端处理及显示功能模块14，其中通讯与控制功能模块15完成与有源信标的通讯及相关测量操作命令，电源功能模块16给测量主机提供工作电源。射频标签功能模块17、18用以满足多点测量和有源信标的识别功能。附图说明图1中虚线框（a）是有源信标功能组成框图，虚线框（b）是测量主机功能组成框图，1是高稳定相干频率源，2是波形产生与调制功能模块，3是微波带通功率放大功能模块，4是环形器，5是有源信标的收发天线，6是通讯与控制功能模块，7是电源功能模块，8是测量主机的收发天线，9是环形器，10是带通低噪声放大功能模块，11是高阻带微波带通滤波器功能模块，12是高精度AD变换功能模块，13是信号处理功能模块，14是终端处理及显示功能模块，15是通讯与控制功能模块，16是电源功能模块，17、18是射频标签功能模块。图2中显示的是3种多点分布式测量模式，虚线框（c）是一个测量主机搭配多个微波有源信标的测量模式，其中19是测量主机，20、21、22是微波有源信标；虚线框（d）是一个微波有源信标搭配多个测量主机的测量模式，其中23是微波有源信标，24、25、26是测量主机；虚线框（e）是多个测量主机搭配多个微波有源信标的测量模式，其中27、28、29是测量主机，30、31是微波有源信标。具体实施方式被测点稳固的放置有源信标，测量点稳固的放置测量主机。有源信标发送初始相位恒定的微波测量信号，信标有3种工作状态：一是依据测量点主机指令要求唤醒开机，然后发送微波测量信号；二是每间隔一定的时间自动唤醒开机，然后发送微波测量信号；三是一直保持开机状态，以某固定重复周期发送微波测量信号。为了解决相位模糊问题，发射信号形式可以采用QPSK或SQPSK等多种调制方式，也可以采用多频率信号。高稳定相干频率源可采用成熟DDS技术搭建，为了进一步提高灵敏度和抑制发收窜扰，要提高微波带通滤波器BPF的阻带衰减，并且在发射、接收之间采取脉冲压缩、匹配滤波等成熟手段。测量点接收到有源信标发送的微波信号后直接正交AD高速采样保留信号相位信息，信号处理通过全相位FFT等算法完全由软件实现直接提取相位信息，并分析各次回波的相位变化从而解算出距离的移动；或者对各次回波信号进行存储，然后通过硬件处理的方式依次读出并通过鉴相器比较各次回波的相位差从而解算出距离的移动。为满足多点分布式测量需求，每个有源信标都拥有唯一的射频标签，按照RFID空中接口通信协议规范完成多个测试点有源信标的身份识别和防碰撞，此时有源信标之间可以依据实际测试要求靠的很近布置，对相邻距离没有要求，因为两个待测点不需要通过微波信号距离像进行分辨。除了最基本的两点之间的微位移测量，在实施多点分布式测量时，有3种模式：一是，一个测量主机搭配多个有源信标；二是，一个微波有源信标搭配多个测量主机，通过合理安排多个测量主机的机位，用以完成对某个待测点的三维微位移测量；三是，多个微波有源信标搭配多个测量主机，用以完成多待测点的三维微位移测量。通过合理布置多个测量主机的机位，可以进一步解算出待测点的三维微位移。测量主机的天线为指向性天线，有源信标的天线为全向天线，在工程测量使用中可以依据实际情况在测量主机天线波束覆盖范围内灵活安装每个有源信标。最后说明的是，以上优选实施例仅用于详细描述本发明的技术方案而并非对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员应当明白，在本发明技术方案的基础上，没有经过创造性劳动对其形式和细节上作出的各种改变仍在本发明的保护范围以内。

权利要求：1.微波有源信标多点微位移测量方法及系统，该系统由待测点的微波有源信标和测量点的主机两部分组成，其特征在于，有源信标从待测点发送初始相位恒定的微波信号，测量点在接收到该信号后提取其相位信息，通过比较每次接收到信号的相位变化，从而解算出测量点和被测点的微小位移变化；同时，该系统引入RFID射频标签功能模块，可以完成多个测量点的分布式微位移的远距离同时测量，并且可以进一步完成待测点的三维微位移测量。2.根据权利要求1所述的微波有源信标多点微位移测量方法及系统，其特征在于，从待测点由微波有源信标直接发送相参测量信号，测量点只是接收该测量信号，并提取相位信息，不需要微波信号在两测量点间往返就可以完成微位移的测量。3.根据权利要求1所述的微波有源信标多点微位移测量方法及系统，其特征在于，有源信标有3种工作状态：一是依据测量点主机指令要求唤醒开机，然后发送微波测量信号；二是每间隔一定的时间自动唤醒开机，然后发送微波测量信号；三是一直保持开机状态，以某固定重复周期发送微波测量信号。4.根据权利要求1所述的微波有源信标多点微位移测量方法及系统，其特征在于，相位信息的提取通过全相位FFT等算法完全由软件实现；或者对各次回波信号进行存储，然后通过硬件处理的方式依次读出并通过鉴相器比较各次回波的相位差。5.根据权利要求1所述的微波有源信标多点微位移测量方法及系统，其特征在于，每个有源信标都拥有唯一的射频标签，按照RFID空中接口通信协议规范完成多个测试点有源信标的身份识别和防碰撞。6.因为两个待测点不需要通过微波信号距离像进行分辨，此时有源信标的布置对互相之间的距离没有要求。7.根据权利要求1所述的微波有源信标多点微位移测量方法及系统，其特征在于，多点分布式测量模式，其模式可以是一个有源信标搭配多个测量主机；也可以是一个测量主机搭配多个有源信标；还可以是多个有源信标搭配多个测量主机，通过合理布置多个测量主机的机位，可以进一步解算出待测点的三维微位移。

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