[发明专利]基于微波全场感知的桥梁拉索群索力同步监测系统及方法

说明书

一种基于微波全场感知的桥梁拉索群索力同步监测系统及方法，将微波雷达前端波束方向对准待测桥梁拉索，控制发射天线重复发射线性调频连续波微波雷达信号并由多个接收天线接收待测多根拉索的反射信号，经混频得到多通道中频基带信号；然后根据多通道中频基带信号基于距离‑角度联合维实现多根拉索的多测点定位与振动响应同步测量，实现拉索群在线同步监测与预警。本发明通过距离‑角度联合维度对桥梁多根拉索上的多测点进行定位与分辨，同步提取拉索群的多测点振动响应信息，对拉索群索力进行在线同步、准确、快速测量。

技术领域

本发明涉及的是一种土木工程测试领域的技术，具体是一种基于微波全场感知的桥梁拉索群索力同步监测系统及方法。

背景技术

现有的机器人辅助桥梁拉索索力检测技术是通过沿索缆攀爬过程中对索缆表面与内部进行检测，但这种工业机器人较为笨重，智能化程度不高，设备成本较高，测量耗时。另外基于索力与拉索的固有频率之间的数学关系，通过振动频率测量方法，以加速度传感器和基于光纤传感为代表的桥梁拉索索力监测方法可以实现在线监测，但是只能实现某根拉索某一位置的单点测试，当进行多根拉索或某根拉索多点测试时需要布置多个加速度传感器或光纤光栅振动传感器组实现拉索索力的分布式测量，然而这种接触式的振动测量方法需要较为复杂的传感器安装，组网布线复杂，测试耗时费力。

非接触式测量中主要有基于视频的拉索振动监测方法，但是这种方法易受光线等环境因素影响，测量精度较低，频率响应带宽受限；而现有的基于微波雷达的索力监测方法受限于发射带宽，距离分辨率较低，静态杂波干扰、邻近多分量耦合及同距离单元分量混叠干扰问题突出，导致无法实现高精度的形变与振动测量。特别是，针对工程实际拉索索力测试中，由于拉索较长，多根拉索常处于相同或相邻的距离单元而难以分辨，且雷达波束辐射范围内易产生邻近距离单元的多拉索振动耦合及同距离单元的多拉索振动混叠干扰，导致拉索的振动测量精度显著降低，甚至失效。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷和难点，提出一种基于微波全场感知的桥梁拉索群索力同步监测系统及方法，通过距离-角度联合维度对桥梁多根拉索上的多测点进行定位与分辨，同步提取拉索群的多测点振动响应信息，对拉索群索力进行准确测量，在桥梁拉索索力监测中具有广阔的应用前景和工程应用价值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于微波全场感知的桥梁拉索群索力同步监测系统，包括：用于发射和接收线性调频连续波微波信号的微波雷达前端、处理器模块和显示与保存模块，其中：处理器模块包括：用于同步采集微波雷达前端输出的多通道基带信号的信号采集子模块、用于对多通道基带信号进行处理并同步提取拉索群多拉索的振动位移时间序列的信号处理子模块和用于对多拉索的振动位移时间序列信号进行特征分析、计算多拉索的索力并评估拉索索力异常与损伤风险的特征分析子模块，显示与保存模块显示包括多拉索全场测点分布热图、多拉索振动响应测量结果及多拉索索力在内的信息，并用于保存拉索群多拉索索力的测量结果和预警分析结果。

所述的微波雷达前端包括：至少一个发射天线、多个接收天线以及线性调频连续波微波信号源、功分器、功率放大器、低噪声放大器、混频器和低通滤波器组件，其中：接收天线等间隔线性阵列分布。

本发明涉及一种基于微波全场感知的桥梁拉索群索力同步监测方法，将微波雷达前端波束方向对准待测桥梁拉索，控制发射天线重复发射线性调频连续波微波雷达信号并由多个接收天线接收待测多根拉索的反射信号，经混频得到多通道中频基带信号；然后根据多通道中频基带信号基于距离-角度联合维实现多根拉索的多测点定位与有效测点选择，并提取各测点的振动响应，实现拉索群索力的在线同步监测与预警。

所述的拉索的距离-角度像信息包括：距离维度和角度维度的准确定位信息。