面向大型結構的微波相位雷達有源反射變形監(jiān)測方法研究.pdf

1、高樓、橋梁、大壩、機場等大型建筑結構在國家經(jīng)濟發(fā)展以及人們日常生活中發(fā)揮著重要作用，但大型結構尺寸巨大、具有相當?shù)淖灾兀規(guī)资?、上百年長時間受到野外的雨、霧、雪和臺風、滑坡、地震等多種環(huán)境外力作用，使得大型結構可能出現(xiàn)局部損傷甚至整體垮塌，并導致巨大經(jīng)濟損失和人們傷亡的災難性事故。為此，世界各國均投入巨大財力研發(fā)準確、有效的結構狀態(tài)監(jiān)測技術，其中位移/變形能快速反映結構整體受力和局部損傷狀態(tài)，成為研究熱點。
　　由于大型結構內部

2、受力、外部環(huán)境復雜，其位移/變形監(jiān)測呈現(xiàn)全天候、高精度、遠距離、大量程、多測點、多維變形、快速以及低成本測量等需求特點，使得目前主要的結構位移變形監(jiān)測方法在測量范圍、精度、速度、成本、適應對象及環(huán)境等方面難以同時有效地滿足上述各變形監(jiān)測需求。因此，研究一種面向大型結構變形監(jiān)測各需求的測量方法，將具有重大社會意義和工程價值。
　　鑒于此，為突破主要結構變形監(jiān)測方法的局限，在國家自然科學基金“基于地面定位系統(tǒng)的大型結構三維變形測量關鍵

3、技術研究”(NO.51078369)、中央高校資助項目“基于微波技術的毫米級位移測量技術研究”(CDJXS10120002)的支持下，提出一種面向大型結構的微波相位雷達有源反射變形監(jiān)測方法，以結構被測點的初始距離與距離變化兩個關鍵參數(shù)的測量為主線，從方案、原理、設計、實驗等方面開展了全面研究，具體完成了以下幾方面的工作：
　?、偬岢鑫⒉ㄏ辔焕走_有源反射的變形監(jiān)測方法
　　分析了高樓、大橋等大型建筑結構的變形監(jiān)測需求，綜合對比

4、了主要結構變形監(jiān)測方法尤其是GPS、全站儀的優(yōu)缺點，分析了微波相位雷達在變形監(jiān)測中的潛力以及需要解決的發(fā)射機泄漏、遠距離工作、成本等問題，探討了雷達有源反射技術解決上述問題的巨大潛力，導出了被測點變形量與其初始距離、距離變化量3者的關系，據(jù)此提出了微波相位雷達的有源反射變形監(jiān)測方法，并指出了高精度、遠距離、低成本等需求的初始距離和距離變化測量為其兩個關鍵技術。
　　②研究解決被測點距離變化的測量難題
　　根據(jù)采用有源反射技術

5、解決雷達發(fā)射機泄漏等問題的分析，提出了基于微波相位雷達和有源反射器的距離變化測量方法，以單測點目標為例導出并論證了距離變化測量原理，據(jù)此詳細研究了實現(xiàn)高精度、遠距離、大量程等距離變化測量的關鍵措施，以此建立了系統(tǒng)設計法則，突破了微波相位雷達的發(fā)射機泄漏、遠距離工作、成本等限制，為大型結構變形監(jiān)測奠定了距離變化測量基礎。
　?、垩芯拷鉀Q被測點初始距離的測量難題
　　重點研究了采用單頻測尺的載波調制技術、基于降頻和測時技術的測相

6、方法解決兼顧測距范圍、精度和速度的問題，據(jù)此提出了基于載波調制和有源反射的測距方法，還詳細研究了實現(xiàn)遠距離、快速度、多測點等其他測距需求的關鍵措施，建立測距系統(tǒng)設計法則，突破了多頻微波相位雷達測尺切換、發(fā)射機泄漏、測量速度、成本等限制，奠定了由一維變形轉至三維變形監(jiān)測的測距基礎。
　?、軐嶒炏到y(tǒng)開發(fā)及實驗驗證
　　根據(jù)變形監(jiān)測需求，分別研究了器件選型、測相單元研制等方面，搭建了距離變化和初始距離測量系統(tǒng)，進行了實驗驗證。距離