面向大型結(jié)構(gòu)的微波相位雷達(dá)有源反射變形監(jiān)測方法研究.pdf

1、高樓、橋梁、大壩、機(jī)場等大型建筑結(jié)構(gòu)在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮著重要作用，但大型結(jié)構(gòu)尺寸巨大、具有相當(dāng)?shù)淖灾?，且?guī)资?、上百年長時(shí)間受到野外的雨、霧、雪和臺(tái)風(fēng)、滑坡、地震等多種環(huán)境外力作用，使得大型結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)局部損傷甚至整體垮塌，并導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失和人們傷亡的災(zāi)難性事故。為此，世界各國均投入巨大財(cái)力研發(fā)準(zhǔn)確、有效的結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，其中位移/變形能快速反映結(jié)構(gòu)整體受力和局部損傷狀態(tài)，成為研究熱點(diǎn)。
　　由于大型結(jié)構(gòu)內(nèi)部

2、受力、外部環(huán)境復(fù)雜，其位移/變形監(jiān)測呈現(xiàn)全天候、高精度、遠(yuǎn)距離、大量程、多測點(diǎn)、多維變形、快速以及低成本測量等需求特點(diǎn)，使得目前主要的結(jié)構(gòu)位移變形監(jiān)測方法在測量范圍、精度、速度、成本、適應(yīng)對象及環(huán)境等方面難以同時(shí)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(jié)構(gòu)變形監(jiān)測各需求的測量方法，將具有重大社會(huì)意義和工程價(jià)值。
　　鑒于此，為突破主要結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測方法的局限，在國家自然科學(xué)基金“基于地面定位系統(tǒng)的大型結(jié)構(gòu)三維變形測量關(guān)鍵

3、技術(shù)研究”(NO.51078369)、中央高校資助項(xiàng)目“基于微波技術(shù)的毫米級位移測量技術(shù)研究”(CDJXS10120002)的支持下，提出一種面向大型結(jié)構(gòu)的微波相位雷達(dá)有源反射變形監(jiān)測方法，以結(jié)構(gòu)被測點(diǎn)的初始距離與距離變化兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的測量為主線，從方案、原理、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)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_(dá)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(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測需求，綜合對比

4、了主要結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測方法尤其是GPS、全站儀的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了微波相位雷達(dá)在變形監(jiān)測中的潛力以及需要解決的發(fā)射機(jī)泄漏、遠(yuǎn)距離工作、成本等問題，探討了雷達(dá)有源反射技術(shù)解決上述問題的巨大潛力，導(dǎo)出了被測點(diǎn)變形量與其初始距離、距離變化量3者的關(guān)系，據(jù)此提出了微波相位雷達(dá)的有源反射變形監(jiān)測方法，并指出了高精度、遠(yuǎn)距離、低成本等需求的初始距離和距離變化測量為其兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
　?、谘芯拷鉀Q被測點(diǎn)距離變化的測量難題
　　根據(jù)采用有源反射技術(shù)

5、解決雷達(dá)發(fā)射機(jī)泄漏等問題的分析，提出了基于微波相位雷達(dá)和有源反射器的距離變化測量方法，以單測點(diǎn)目標(biāo)為例導(dǎo)出并論證了距離變化測量原理，據(jù)此詳細(xì)研究了實(shí)現(xiàn)高精度、遠(yuǎn)距離、大量程等距離變化測量的關(guān)鍵措施，以此建立了系統(tǒng)設(shè)計(jì)法則，突破了微波相位雷達(dá)的發(fā)射機(jī)泄漏、遠(yuǎn)距離工作、成本等限制，為大型結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測奠定了距離變化測量基礎(chǔ)。
　?、垩芯拷鉀Q被測點(diǎn)初始距離的測量難題
　　重點(diǎn)研究了采用單頻測尺的載波調(diào)制技術(shù)、基于降頻和測時(shí)技術(shù)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(diào)制和有源反射的測距方法，還詳細(xì)研究了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、快速度、多測點(diǎn)等其他測距需求的關(guān)鍵措施，建立測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)法則，突破了多頻微波相位雷達(dá)測尺切換、發(fā)射機(jī)泄漏、測量速度、成本等限制，奠定了由一維變形轉(zhuǎn)至三維變形監(jiān)測的測距基礎(chǔ)。
　?、軐?shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。距離