[發(fā)明專利]一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法

在審

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• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111610519A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙維剛;孫劍冰;楊勇;李榮喆;蘆俊偉
• 申請（專利權(quán)）人: 石家莊鐵道大學(xué)
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88
• 代理公司: 六安市新圖匠心專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34139
• 代理人: 朱小杰

1.一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、向待測目標(biāo)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波，并接收目標(biāo)反射的雷達(dá)回波信號；

S2、對RX通道接收的回波信號進(jìn)行處理得到IF信號，IF信號經(jīng)數(shù)據(jù)離散化采樣之后得到兩路信號與；

S3、對與兩路信號進(jìn)行重組操作，得到離散信號的復(fù)數(shù)表示；

S4、對離散信號的復(fù)數(shù)表示進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到目標(biāo)信息；

S5、根據(jù)目標(biāo)信息對數(shù)據(jù)進(jìn)行相位解調(diào)，得到結(jié)構(gòu)動態(tài)變形信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于，所述S1中向待測目標(biāo)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波的角度不僅限于直角，也可與待測目標(biāo)點(diǎn)位于同一豎直平面內(nèi)呈傾斜的角度發(fā)射。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于，所述S1中所述的調(diào)頻連續(xù)波的頻率范圍為77GHz～81GHz。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于，所述S2中的IF信號的表示方式為：

式中：是IF信號的時(shí)域表示，表示信號的幅值，表示信號的初始相位，表示信號的初始頻率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于，所述S2中對IF信號離散化采樣之后得到兩路信號與的具體步驟為：

對IF信號進(jìn)行數(shù)字采樣，數(shù)字采樣后的中頻信號表示為：

式中：是IF信號數(shù)字采樣表示，表示信號的幅值，表示采樣信號對應(yīng)的相位，表示信號的初始頻率，表示數(shù)字采樣率;

進(jìn)行變頻，可表示為：

低通濾波之后得到與兩路信號：

。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于，所述S3中對與兩路信號進(jìn)行重組，得到離散信號的復(fù)數(shù)表示;

重組方式可表示為：

式中：是離散信號的復(fù)數(shù)表示，表示實(shí)部信號，表示虛部信號，表示虛數(shù)單位。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于,所述S4中的對進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到目標(biāo)信息的具體步驟為：對添加一個(gè)窗函數(shù)，進(jìn)行加窗處理，對加窗后的進(jìn)行FFT變換，得到的頻域表示，對進(jìn)行峰值搜索，確定峰值位置，以峰值搜索到的位置為目標(biāo)距離單元，索引一段時(shí)間中各chirp信號中處于相同距離單元內(nèi)的所有 的值，記為一維數(shù)組，為中包含的chirp信號的個(gè)數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，其特征在于,所述S5中對數(shù)據(jù)進(jìn)行相位解調(diào)，得到結(jié)構(gòu)動態(tài)變形信息：

當(dāng)采用1TX、1RX天線進(jìn)行測量時(shí)，其具體步驟為：

對進(jìn)行反正切相位解調(diào)處理，得到對應(yīng)的相位矩陣，計(jì)算公式為：

從內(nèi)提取中所有與相對應(yīng)點(diǎn)的相位信息，記為，

根據(jù)測量原理，可由得到待測目標(biāo)的動態(tài)變形信息，如下式所示：

變形可得到

式中：表示物體的動態(tài)變形，表示中后項(xiàng)與前項(xiàng)的相位差，表示調(diào)頻連續(xù)波波長；

當(dāng)采用1TX、2RX天線進(jìn)行測量時(shí)，其具體步驟為：

按照上述采用1TX、1RX天線的測量方法，分別獲得RX1 、RX2天線測得的目標(biāo)相位信息，分別記為、，

將、做差，得到兩RX天線間測得的相位差，記為，計(jì)算方法為：

由測量原理得出兩接收天線間的動態(tài)變形差，表示為：

式中：表示兩接收天線間的動態(tài)變形差，表示第個(gè)chirp信號中兩RX天線間的相位差，表示調(diào)頻連續(xù)波波長，

以RX2測得動態(tài)變形量減去兩接收天線間動態(tài)變形量差值，

取兩通道動態(tài)變形均值，作為最終結(jié)構(gòu)動態(tài)變形量。