CN107271095A - 一种基于微波干涉的索力遥感测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微波干涉的索力遥感测量方法，本发明设计出一种新型的桥梁拉索的索力测量方法，该方法是基于微波干涉的原理，雷达系统发射调制信号，接收拉索散射的回波，经过混频、滤波及AD采样等过程后得到雷达的中频信号；对中频信号作数字信号处理，实现拉索位置自动识别、拉索振动基频提取、索力反演等功能。由于微波干涉采用了微带平面天线，天线波束赋型，能够对多条拉索同时测量，且测量点可以选择拉索任意位置，高效便捷，测量精度高，极大的降低了索力测量难度。

Description

一种基于微波干涉的索力遥感测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，具体涉及一种基于微波干涉的索力遥感测量方法。

背景技术

拉索作为一种承受拉力的结构构件，广泛应用于桥梁工程中，由于准确测量拉索的索力状态是衡量大桥是否处于正常运营状态的一个重要手段，且拉索索力监测为桥梁的安全与健康的准确分析提供重要依据，因此，对桥梁的拉索索力进行测量意义重大。

桥梁拉索索力的测量是工程界的一个难题，对索力的测量是在国内外桥梁领域受到广泛重视的一项研究课题。目前比较常用的方法有压力表测定法、频率测量法、磁通量法。在这些方法中，压力表测量法简单易行，但其不适宜成桥后的测量；磁通法应用较少；频率法是广泛采用的方法，而目前广泛采用加速度计固定在拉索的底端位置处，通过测量拉索振动的加速度信息来获得振动频率信息，该方法存在的问题：1、接触式、单条拉索测量，效率低下；2、测量位置在拉索的底部，而不在测量最准确的拉索中间位置，所以测量值不准确；3、长时间加速度计测量将存在受温漂而产生较大的偏置的现象。基于微波干涉的索力遥感测量技术是一种全新的索力测量技术，结合宽带信号脉冲压缩技术，相位干涉测量技术，目标检测技术和基频提取技术，它能够实现对索力的远程遥感测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种基于微波干涉的索力遥感测量方法，本发明能够同时测量到多条拉索的索力值，这不仅提高了桥梁拉索的索力检测效率，还可以广泛应用于拉索的调索和换索工程，极大简化工程难度，可以有效解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种基于微波干涉的索力遥感测量方法，包括以下步骤：

步骤一：首先利用宽带信号的脉冲压缩，得到拉索的在距离上的散射包络，接着利用峰值检测算法作拉索的识别；

步骤二：在识别拉索后，利用相位干涉测量技术，通过测量的两次回波相位结果、，求出拉索目标在两次发射信号间隔内的振动位移，其中是发射信号波长；

步骤三：通过步骤二得到的振动位移结果之后对拉索振动过程进行频谱分析，，利用峰值检测算法检测拉索各阶振动频率；

步骤四：通过步骤三得到的振动频率作基于频谱显著度的基频提取，根据峰值检测算法检测得到的各阶振动频率，构造函数，其中是第阶频率点加权值，是第阶频率点的信杂比，对峰值检测算法检测到的各个拉索振动频率求取函数值，根据求得的函数值将基频自动拾取出来；利用上述步骤四测到的基频值，利用弦振动法的索力—基频公式：，推算出索力值。

当时，对应即为基频值，其中代表索力值，代表单位索长的质量，代表有效索长，拉索代表抗弯刚度。

本发明所达到的有益效果是：一种基于微波干涉的索力遥感测量方法与现有技术相比存在的优点：本发明能够同时测量到多条拉索的索力值，这不仅提高了桥梁拉索的索力检测效率，还可以广泛应用于拉索的调索和换索工程，极大简化工程难度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的应用示意图；

图2是本发明的原理流程示意图；

图3是本发明的拉索识别技术结果图；

图4是本发明的单根拉索位移值测量结果图；

图5是本发明的单根拉索振动频率检测结果图；

图6是本发明的多根拉索基频检测结果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：请参阅图1-6，本发明提供了一种基于微波干涉的索力遥感测量方法，该索力测量方法属于频率法测量索力，但与加速度计等传统频率法测量手段不同的是，该方法是通过测量拉索的振动位移，再利用测得的位移值去推算拉索的振动频率，获得频率值后再根据频率与索力的关系式换算出拉索的索力值；

试验场景如图1所示，首先利用宽带信号的脉冲压缩，得到拉索在距离上的散射情况，接着利用拉索识别技术作拉索的识别，经过拉索识别后得到如图3所示的结果；在识别拉索后，利用微波干涉测量技术，测量出拉索目标的振动位移结果；

如图4所示为某一根拉索在15秒内的位移曲线；在图4结果的基础上，对拉索振动过程进行频谱分析，得到如图5所示为检测到的拉索各阶振动频率；

在图5的基础上做基频提取，如图6所示为一次试验测量所测量到的所以20根拉索的基频值；利用上述测到的基频值，利用弦振动法的索力—基频公式：推算出索力值，当时，对应即为基频值，其中代表索力值，代表单位索长的质量，代表有效索长，代表抗弯刚度。

需要说明的是，本发明的主要技术原理为：

（1）、宽带信号脉冲压缩技术；雷达产生宽带信号，经过发射天线向被测方向辐射出去，接收天线接收来自于空间目标反射回来的信号，经混频、滤波等得到中频信号，经过脉冲压缩处理，得到目标物在雷达视线方向上的分布；主要特点为：由于雷达发射宽带信号，所以雷达在视线方向上具有距离分辨能力，目标在雷达距离分辨单元允许范围内将能够同时进行形变测量，因此具有多目标测量能力。

（2）、差分干涉技术；雷达发射连续波信号，在同一个目标处，雷达连续两次接收到的回波信号的相位分别为、，则目标在这两次发射信号时间间隔之间发生的形变量为，其中为发射信号的波长。主要特点为：通过相位去推算出形变量，目标形变测量将有更高的精度。（3）、拉索目标识别和基频提取技术；根据目标在一维距离上的散射情况，利用目标检测技术识别拉索；根据目标振动的位移情况作频谱变换及频率提取。拉索目标识别技术实现了拉索位置与测量结果的对应，使测量结果真实有效；拉索基频提取技术实现了拉索的振动基频提取，可直接用于索力值的推算。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于微波干涉的索力遥感测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：首先向拉索发射宽带调制信号并对接收的回波进行脉冲压缩，得到拉索的在距离上的散射包络，接着利用拉索识别技术作拉索的识别；

步骤二：在识别拉索后，基于相位干涉测量原理，分别针对每一根拉索，测量出拉索目标的振动位移结果；

步骤三：通过步骤二得到的振动位移结果之后对拉索振动过程进行频谱分析，提取拉索各阶振动频率；

步骤四：通过步骤三得到的振动频率自动提取基频。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波干涉的索力遥感测量方法，其特征在于，对步骤三中得到的振动频率作基于频谱显著度的自动拾取，并由拾取到的基频值结合有效索长，利用弦振动法的索力—基频公式：，推算出索力值。