地面干涉雷达技术在桥梁动态检测中的应用

发布时间：2017-04-29 18:03

  本文关键词：地面干涉雷达技术在桥梁动态检测中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥梁在风力、行车荷载、温度、地震等因素的影响下,自身会产生振动,出现动态变形,不仅严重影响了旅客的舒适度,还会对列车的安全运营造成影响。近年来,我国高速铁路发展迅速,建设了大量高速铁路桥梁。为了保证桥梁的安全运营,需要采集桥梁的振动参数,对其进行结构检测,而常用的仪器难以达到很好的测量效果。地面干涉雷达(GB-InSAR),采用步进频率连续波技术、合成孔径雷达技术和干涉测量技术,可以进行高频动态测量,尤其适于桥梁动态检测。本文研究地面干涉雷达技术及其在桥梁动态检测中的应用。与常用的变形检测技术相比,地面干涉雷达技术具有明显的技术优势和应用价值。本文结合佛罗伦萨大学研制的地面干涉雷达系统——IBIS系统,系统归纳了地面干涉雷达技术在国内外的研究现状和IBIS系统在国内外的应用实例,总结了地面干涉雷达技术的三个核心技术。为了研究微波雷达的测量精度,设计了缓慢变形精度测试,研究了角度观测误差对观测精度的影响。缓慢变形精度测试,利用IBIS-S系统对千分尺和角反射器的组合进行动态检测,测试结果表明,IBIS系统动态测量的精度可以达到亚毫米级,能够准确地检测出目标物的微小变化。针对角度观测误差对观测精度的影响,推导了横竖向位移中误差的计算模型,以实测数据分析了角度观测误差对观测精度的影响,得出了有意义的结论。在高速铁路动态检测中,大气因素对微波测量的影响较大。本文深入分析了气象数据校正法和选取稳定点校正法。在此基础上,利用龙伯球和角反射器研究大气因素对IBIS-S系统测量精度的影响,结果表明,选取稳定点校正法可以消除部分大气因素的影响,提高IBIS-S系统动态检测的测量精度。由于IBIS-S系统测量得到的是距离向的位移,而实际需要水平和竖直向的位移,本文推导了横向位移、竖向位移的计算模型,并应用于桥梁和声屏障的动态检测分析。利用IBIS-S系统对某高速铁路连续梁1/4梁跨的竖向位移、简支箱梁1/2梁跨的横向位移进行动态检测分析,得出了列车通过时引起桥梁动态变化的规律,为桥梁结构的安全检测和评估提供了科学可靠的数据。当列车高速通过时,声屏障在自重、风荷载和列车脉动力等因素的影响下,会产生振动变形,声屏障结构的稳定性对行车安全至关重要。本文利用IBIS-S系统对某高速铁路声屏障的横向位移进行动态检测,并对测量结果进行了深入分析,探讨了IBIS-S系统用于声屏障动态检测的可行性。桥梁检测中得到的数据序列,表现为非线性、非平稳的特点,传统的傅里叶变换和小波分析不能准确地分析这些信号,希尔伯特-黄变换(HHT)适用于非线性、非平稳的信号分析。本文研究了HHT在桥梁动态检测中的应用。详细分析了HHT方法的两个步骤:经验模态分解和Hilbert变换,以及HHT方法的优点和不足之处。利用MATLAB编程语言对IBIS-S系统动态检测的桥梁振动数据进行希尔伯特-黄变换。数据分析结果表明,当列车通过时,本征模式函数的瞬时频率会有一个明显的突变,说明HHT方法可以用于桥梁非线性、非平稳的动态分析。进一步探讨了地面干涉雷达动态检测数据用于桥梁结构安全分析的可行性。
【关键词】：地面干涉雷达 桥梁检测 动态测量 希尔伯特-黄变换
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 论文的主要内容及结构12-14
• 第2章 GB-INSAR技术的基本原理14-19
• 2.1 步进频率连续波技术15-16
• 2.2 合成孔径雷达技术16-17
• 2.3 干涉测量技术17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第3章 微波雷达精度测试19-34
• 3.1 缓慢变形精度测试19-23
• 3.1.1 方案设计19-20
• 3.1.2 测试结果与分析20-23
• 3.2 角度观测误差对观测精度的影响23-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 大气因素对动态检测结果的影响分析34-41
• 4.1 大气因素对微波测量影响34-36
• 4.1.1 气象数据校正法35
• 4.1.2 选取稳定点校正法35-36
• 4.2 方案设计36-38
• 4.3 结果与分析38-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 高速铁路动态检测与分析41-56
• 5.1 横向位移、竖向位移计算模型41-42
• 5.2 1/4 梁跨竖向位移动态检测42-46
• 5.3 1/2 梁跨横向位移动态检测46-50
• 5.4 声屏障横向位移动态检测50-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第6章 HHT在桥梁动态检测中的应用56-68
• 6.1 传统信号处理方法56-57
• 6.2 希尔伯特-黄变换57-61
• 6.2.1 经验模态分解57-60
• 6.2.2 Hilbert变换60-61
• 6.3 HHT方法的优缺点61-62
• 6.4 实例分析62-67
• 6.5 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 研究生期间发表的论文及参与的科研项目74

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