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文檔簡介
1、大型基礎建筑設施是保障國家經(jīng)濟發(fā)展、人民正常生活的重要硬件,而建筑設施的結構健康監(jiān)測則是保證建筑設施安全運行的重要手段。結構位移/變形能夠全面反映結構內部的損傷狀態(tài),因而是評估其結構運行狀態(tài)的關鍵參數(shù)。在常用結構位移測量儀器中,地基干涉雷達具有突出優(yōu)點,但由于產(chǎn)品專利保護、技術封鎖,在國內該儀器的售價高達上百萬,嚴重限制了其在國內結構健康監(jiān)測領域的推廣應用。
針對這一問題,為了開發(fā)具有自主產(chǎn)權的地基微波雷達系統(tǒng),本文以實現(xiàn)建筑
2、結構三維位移測量為目的,在分析三維位移高精度測量要求的基礎上,結合常用微波雷達系統(tǒng),完成了如下工作:
?、僖越ㄖY構三維位移高精度測量為目標,以具體的建筑為例討論了其三維位移監(jiān)測的方案,分析了選用無源目標開展地基雷達研究的原因,簡要探討了由無源目標引起的研究難度;利用目標空間坐標關系、泰勒級數(shù)近似及最小二乘法,詳細推導了目標三維位移的測量原理,闡明了目標三維位移與目標到雷達間距離、距離變化的關系。進一步,在總結常用微波雷達系統(tǒng)研
3、究應用現(xiàn)狀的基礎上,提出了基于多普勒雷達和線性調頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulation Continuous Wave,LFMCW)雷達的結構位移監(jiān)測微波雷達系統(tǒng)方案。
②在多普勒雷達方面,詳細闡述了其干涉位移測量原理。針對多普勒雷達常用相位解調結構的非平衡、偏置問題,提出了基于時間數(shù)字轉換器(Time-to-Digital Converter,TDC)的相位解調方案,并設計了基于TDC的外差式多普勒
4、雷達系統(tǒng);進而討論了外差式多普勒雷達中信號頻率的選擇,分析了雷達實際樣機的實現(xiàn)方案;采用誤差理論分析方法,理論推導了雷達實際樣機的位移測量分辨率、測量精度。在此基礎上,搭建了采用兩級外差結構的多普勒雷達實驗樣機,開展了位移實驗;實驗結果表明該雷達樣機的距離測量精密度能夠達到12.9微米,能夠分辨以50微米步距間隔移動的目標;進一步針對雷達樣機的位移誤差問題,理論分析了多路徑、位移方向偏離、天線耦合三個因素對位移測量的影響,并討論了多普勒
5、雷達的應用局限性。
③提出了基于 LFMCW雷達差拍信號相位測量多目標位移的方法。利用離散傅里葉變換,詳細闡述了LFMCW雷達的距離/位移測量原理,理論分析了LFMCW雷達有效數(shù)據(jù)長度的選取原則;進而提出了基于LFMCW雷達的多目標位移測量方案,分析了采用差拍信號相位進行多目標位移測量的原理,并設計了保證差拍信號相干的LFMCW雷達系統(tǒng)。針對采樣信號的噪聲問題,利用噪聲頻譜分析方法,分別理論分析了隨機噪聲、量化噪聲對目標位移測
6、量精度的影響,討論了0.1毫米誤差對應的信噪比;進一步,針對頻譜泄露影響多目標位移測量的問題,進行了理論推導與數(shù)值仿真,明確了利用LFMCW雷達差拍信號相位進行多目標位移測量的可行性。在此基礎上,搭建了雷達系統(tǒng)樣機,分析了雷達樣機的非同步位移誤差;進而開展了室外位移實驗,單目標位移結果表明雷達樣機系統(tǒng)可以達到毫米級位移精度,三個目標位移結果驗證了LFMCW雷達能夠用于高精度多目標位移測量。
?、軓男盘柦庹{的角度入手,提出了將多普
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