[发明专利]基于微波雷达的多目标位移高精度测量方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种基于微波雷达的多目标位移高精度测量方法与系统。

背景技术

大型建筑结构，特别是高层建筑楼、跨江大桥、城市立交桥、铁路桥等，是保证社会正常运转和人们正常生活的基础设施，对这些建筑结构实施健康监测可以定期反应它们的使用状况，提供必要的故障预警信息。在结构将康监测的众多监测参数中，位移的测量可以直接体现当前结构的承力状况，反应结构内部的健康状态。目前在结构将康监测中广泛应用的位移传感器可以分为接触式与非接触式两大类，接触式传感器需要将其安装在结构上，且需要在结构上选取一个参考位移点，理想参考点的选择和连线为实际现场应用带来了极大的困难，并且为了全面监测建筑结构的运行状况，需要在结构的多个位置上安装一系列传感器，这样进一步增加了系统实现的难度。而非接触式的传感器则不需要在结构上选择参考点，为结构将康监测的现场应用带来极大方便，因此，催生了非接触式位移传感器的开发与应用。

目前广泛应用于结构将康监测中位移测量的非接触式传感器/系统，主要包括全站仪、图像传感器、全球定位系统(Global Position System,GPS)。全站仪和图像传感器均以光学传感为基础，GPS则以无线电磁波信号作为测量介质。

全站仪：以相位式激光测距为基础进行目标点的三维位移测量，全站仪包括激光测距系统和经纬仪测角系统，首先激光测距通过差频测相的方法实现高精度测距，然后由光电经纬仪进行目标的高精度角度测量，最后结合目标的测距和测角结果，完成目标高精度位移测量。

图像传感器：以有源发光靶作为目标，以光学成像的方法，在接收端通过长焦镜头将目标靶成像在图像采集卡，根据几何光学的物像公式计算目标的位移。

GPS系统：以太空中的卫星作为基准点，在结构上安装GPS接收电线作为目标点，当接收天线4颗及4颗以上的卫星时，通过测量每一颗卫星与接收天线之间的距离，再根据空间交会的原理完成目标位移的测量。

虽然上述三种方法在结构健康监测中得到了广泛应用，但在实际应用中它们各自均存在难以解决的问题。

全站仪：由于全站仪是精密的光学仪器，高精度测距和测角是保证其高精度位移测量的基础。在实际结构健康监测中，需要全站仪在野外环境下进行长期的监测任务，而野外的恶劣环境对光学元件损伤严重，会严重破坏全站仪的测量精度，并且在雨雾天气时，全站仪也不能完成位移监测任务。对于多点测量，可以通过在结构上安装多个反射棱镜，反射棱镜同样需要承受恶劣的野外环境，长期的监测会影响反射棱镜的质量。

图像传感器：由于图像传感器的位移测量是通过光学成像的方法完成，成像的质量直接影响位移测量的精度。在实际结构健康监测中，它跟全站仪相似，面临相同的问题，恶劣的野外环境会损坏光学系统，在雨雾天图像传感器不能正常工作。对于多点测量，需要在结构上安装多个有源目标靶，同样需要多个图像采集设备，这样会增加监测系统的复杂度和成本。

GSP系统：由于GPS系统根据空间卫星通过电磁波测距完成空间交会测量，测距的精度和空间卫星的数量、空间位置，影响目标位移的精度。单点GPS的测距精度为米级，即使采用差分GPS，精度也仅能达到厘米级，并且所观测的卫星数量、空间位置是随时变化的，这些因素导致GPS系统的位移测量精度为厘米级。并且单个GPS接收机的价格在10万人民币以上，价格较高，而对于多点测量，需要在结构上安装多个GPS接收天线，会严重增加监测系统的成本。不过由于GPS系统采用电磁波测距，因此它可以完成全天候测量。另外，由于GPS系统以电路系统完成测量，因此可以承受恶劣的野外环境。

综上所述，目前常用的监测系统均存在各自的问题，目前尚没有一种可以同时满足全天候、高精度、低成本要求的结构健康监测系统。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种基于微波雷达的多目标位移高精度测量方法及系统。