[发明专利]一种可用于欠定情况的高频底座天平动力校准方法及系统

说明书

本发明公开了一种可用于欠定情况的高频底座天平动力校准方法及系统，该方法包括以下步骤：计算输入的测量信号的功率谱密度；根据功率谱密度的信号特征选定产生信号畸变的频率区间；选定小波基函数和信息代价函数；根据测量信号的采样频率和频率区间进行确定小波包分解层数；对测量信号进行小波包分解；对小波节点重新排序；根据选定的频率区间计算需要进行修改的小波节点；对选定的小波节点的小波系数进行修改；重新组装小波系数；根据小波包重构得到修正后的气动荷载时程。该方法针对已有方法未能涉及的欠定情况下的荷载修正问题，该方法基于小波分析，将修改的小波分解系数进行小波重构，实现对气动力畸变信号达到有限抑制的目的。

技术领域

本发明属于仪器校准技术领域，具体涉及一种可用于欠定情况的高频底座天平动力校准方法及系统。

背景技术

在现有的仪器校准领域中，高频底座力天平(HFFB)技术凭借其模型制作简单、试验周期短等特点而被广泛应用于超高层建筑的抗风试验研究。为了保证气动荷载功率谱具有更大的带宽，通常在对测量数据进行应用之前，需要对测得的荷载谱进行修正，消除BMS的动力放大作用以获取频带更宽的气动力功率谱密度。

该领域的已有处理方法主要有：

方法1：单模态修正；方法2：固定振型修正；方法3：直线近似方法；以及方法4：基于盲源分离的气动信号修正，该方法在信号分离中使用了复模态技术，可自适应比例和非比例阻尼情况。

方法1采用常规的敲击方法识别出来的BMS固有频率和阻尼比不能反映风与结构的相互作用(WSI)的影响，方法2亦存在此问题，忽略WSI效应会导致BMS固有频率尤其是模态阻尼比识别的误差，从而会影响到测量信号在跨共振峰处的修正效果，导致无法对信号进行有效的跨共振峰修正；方法2采用先入为主的方法假定了BMS的振型，这等同于认为假定了BMS的信号分离矩阵，这种方法明显违反参数识别的基本原则，在所假定的振型和实际模型的振型不符时会影响信号的分离效果，进而会影响到固有频率和阻尼比的正确识别，从而无法对信号进行有效的跨共振峰修正；方法3仅仅是没有找到合理解决方法时，一种粗略的近似。方法4虽然弥补了以上三种方法的不足，但其只适用于正定或超定问题的气动荷载修正。此外，以上4种方法均无法得到修正后气动力信号的时程。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种可用于欠定情况的高频底座天平动力荷载校准方法，该方法针对已有方法未能涉及的欠定情况下的荷载修正问题，该方法基于小波分析，将信号投影到小波包基函数张成的空间中，然后对特定频段的小波系数采用特定的插值方法进行修改，以便使得信号能够在满足天平气动力基本特征的情况下进行小波抑制，最终将修改的小波分解系数进行小波重构，进而抑制由动力放大等原因引起的气动力畸变信号；同时，该方法还可以得到修正后的气动荷载时程，可用于进一步时程分析和响应计算，从而弥补了传统修正方法只能从频域修正功率谱密度的不足。

本发明的第二目的在于提供了一种可用于欠定情况的高频底座天平动力校准系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可用于欠定情况的高频底座天平动力校准方法，包括以下步骤：

计算输入的测量信号的功率谱密度；

根据功率谱密度的信号特征选定产生信号畸变的频率区间；

选定小波基函数和信息代价函数；

根据测量信号的采样频率和频率区间进行确定小波包分解层数；

对测量信号进行小波包分解；

对小波节点重新排序；

根据选定的频率区间计算需要进行修改的小波节点；

对选定的小波节点的小波系数进行修改；

重新组装小波系数；