[发明专利]基于雷达信号提取桥梁振动频率的方法及系统

权利要求书

1.一种基于雷达信号提取桥梁振动频率的方法，其特征在于，包括：

通过雷达监测桥梁振动采集回波信号，并基于所述回波信号确定桥梁振点所在的距离单元，提取所述桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号；

对所述桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号进行EMD分解，得到一簇IMF分量；

获取所有正确的IMF分量，逐个进行WVD变换得到时频谱图，所述时频谱图是一个矩阵；

通过逐一找到每个所述IMF分量对应的时频谱图矩阵中最大的一行，将其相加得到WVD变换后的每一个所述IMF分量对应的时频谱图的能量值大小；

直到当前计算得到的所述IMF分量对应的时频谱图的能量值大小比前一个的所述IMF分量对应的时频谱图的能量值大小低1个数量级时，停止计算所述IMF分量对应的时频谱图的能量值大小，并将前一个的所述IMF分量提取为桥梁振动频率，同时输出所述桥梁振动频率对应的时频谱图。

2.根据权利要求1所述的基于雷达信号提取桥梁振动频率的方法，其特征在于，通过雷达监测桥梁振动采集到的回波信号为：

式(4)中，τ为慢时间域的时移量，f为信号频率，C为光速，R₀为桥梁的距离，f_v为桥梁振点所在距离单元的振动频率，R₀+Asin(2πf_vτ)用于描述桥梁振动；

所述回波信号为矩阵形式，包括距离向和方位向。

3.根据权利要求2所述的基于雷达信号提取桥梁振动频率的方法，其特征在于，基于所述回波信号确定桥梁振点所在的距离单元，提取所述桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号的方法包括：

对所述回波信号在距离向进行快速傅里叶逆变换，得到脉冲压缩信号；

基于所述脉冲压缩信号在距离向确定有强反射点的距离单元，所述有强反射点的距离单元中包含所述桥梁振点所在的距离单元,并且所述有强反射点的距离单元的回波幅值高于背景噪声幅值；

采用距离多普勒图的方式从所述有强反射点的距离单元中读取出桥梁振点所在的距离单元，提取所述桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号；其中，所述桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号中具有多个频率分量，且所述频率分量均为桥梁的振动频率f_v的整数倍。

4.根据权利要求3所述的基于雷达信号提取桥梁振动频率的方法，其特征在于，所述桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号为：

式(5)中，为信号波长，f_c为信号中心频率。

5.根据权利要求4所述的基于雷达信号提取桥梁振动频率的方法，其特征在于，对所述桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号进行EMD分解，得到一簇IMF分量的方法包括：

S1、获取桥梁振点所在的距离单元处的原始回波时间序列信号，并标记为待处理的时间序列信号；

S2、对所述待处理的时间序列信号进行局部极值识别，针对识别到的所有的极大值和所有的极小值分别进行三次样条拟合，得到上包络线和下包络线，并计算均值包络；

S3、从所述待处理的时间序列信号中减去均值包络，得到一个IMF分量；

S4、判断所述IMF分量是否满足预设的分量条件，若满足则将所述IMF分量保存为正确的IMF分量；若不满足则将所述IMF分量标记为待处理的时间序列信号，并基于步骤S2和步骤S3重新获取IMF分量，直到获取到的IMF分量满足预设的分量条件；

S5、从所述待处理的时间序列信号中减去最近一次获取到的正确的IMF分量，得到新的时间序列信号；

S6、将所述新的时间序列信号标记为待处理的时间序列信号，重复上述步骤S2至步骤S5，直至所述新的时间序列信号为单调函数或常量，将所有的正确的IMF分量从高频到低频按序排列并输出。