[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

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010527231.3
• 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）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

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)動態(tài)變形測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法，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。本發(fā)明具有較高的測量精度，受環(huán)境因素影響小，可進(jìn)行全天時、全天候連續(xù)測量，也可在有障礙物遮擋的情況下進(jìn)行準(zhǔn)確測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)動態(tài)變形測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法。

背景技術(shù)

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，我國橋梁數(shù)目不斷增多，隨之產(chǎn)生的安全問題不容忽略。因此針對橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，達(dá)到早預(yù)警、早發(fā)現(xiàn)、早維修的目的。大中型橋梁因其受重視程度高，維護(hù)費用多，可搭建完整的監(jiān)測系統(tǒng)。而占比最大的小跨徑橋梁受條件限制搭建完整的接觸式測量網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動態(tài)變形接觸式測量，存在工程量過大、監(jiān)測成本過高等問題。同時，采取激光、GPS等常見的結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量手段，存在對測量條件要求嚴(yán)格，設(shè)備成本高的問題，因此上述方法無法適用于小跨徑橋梁的長期結(jié)構(gòu)動態(tài)變形監(jiān)測。

近年來基于雷達(dá)技術(shù)的動態(tài)變形測量引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)能發(fā)射經(jīng)過調(diào)頻的連續(xù)波，通過天線接收回波信號后將回波信號與發(fā)射信號混合后得到中頻信號。通過對中頻信號的處理能夠得到目標(biāo)相應(yīng)的距離、速度信息。但其受到距離分辨率的限制，傳統(tǒng)的頻率估計方法無法精確測量結(jié)構(gòu)動態(tài)變形。距離的直接測量對結(jié)構(gòu)微小的變形不敏感，但結(jié)構(gòu)的微小變形在相位變化中能得到很好的體現(xiàn)，因此通過相位的變化能夠準(zhǔn)確反應(yīng)出結(jié)構(gòu)動態(tài)變形。且調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)價格較低，有較好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，而提出的一種小型橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形非接觸式測量方法。

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。

優(yōu)選的，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)點位于同一豎直平面內(nèi)呈傾斜的角度發(fā)射。

優(yōu)選的，所述S1中所述的調(diào)頻連續(xù)波的頻率范圍為77GHz～81GHz。

優(yōu)選的，所述S2中的IF信號的表示方式為：

式中：是IF信號的時域表示，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。

優(yōu)選的，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：