[发明专利]基于微波雷达的穹顶结构健康监测方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于微波雷达的穹顶结构健康监测评估方法及系统，包括：通过微波雷达向待测穹顶结构发射并接收线性调频连续波微波信号，同步采集微波雷达输出的多通道中频基带信号；得到待测穹顶结构的距离‑角度像热图，从距离和角度的联合维度对穹顶结构关键测点进行定位，并提取各测点的振动位移时域信息；通过索力监测、形变监测和振动监测，提取待测穹顶结构各组成结构在静动载荷下的特征参数；根据待测穹顶结构各组成结构在静动载荷下的特征参数，通过多特征融合分析，对穹顶结构进行健康监测与安全评估。为穹顶结构的健康监测提供了一种高效率、易操作、低成本、高可靠性的全视场非接触式监测技术与方法。

技术领域

本发明涉及结构健康监测技术领域，具体地，涉及一种基于微波雷达的穹顶结 构健康监测与安全评估方法及系统。

背景技术

随着大跨度弦支结构研究的快速发展，这种结构在高铁车站、大型体育场馆、 展览馆等建筑的穹顶设计中广泛应用。早期的建筑中主要以单层网壳结构和索结构 穹顶为主，近些年来弦支结构穹顶作为一种柔性和刚性都很好的新型复合结构使用 较多，网壳和索结构的结合使得整体网壳在受力及强度方面都有所改善，同时提高 了结构的整体稳定性。但是由于高速列车进站、风载荷、地震、温度、地下结构的 形变等，不可避免地会产生材料老化、疲劳和断裂，影响穹顶结构安全，因此开展 穹顶结构健康监测与评估具有重要的工程价值和现实意义。

振动测试是当前结构健康监测的主流方法，其中接触式的振动测量中光纤光栅传感器和加速度传感器需要安装在穹顶结构上，但是传感器的数目过多、传感器间 的连接导线过长、网络分布复杂等问题，而且需要大量的人力物力，测试成本较高； 非接触式传感器中激光测振仪可以较好地解决接触式传感器安装繁琐复杂的问题， 但是这种测量方法只能适用于单点测量，在对整个穹顶结构进行结构健康监测时需 要布置多台激光位移传感器或者通过扫描的方式进行测试；此外，基于视觉的振动 测量方法可以实现非接触式的穹顶结构全场振动测量，但是基于视觉的振动测量方 法受测量环境以及成像质量影响较大，测量精度较低，而且视频信号处理的复杂度 较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于微波雷达的穹顶结构健康监测评估方法及系统。

根据本发明提供的一种基于微波雷达的穹顶结构健康监测与安全评估方法，包括步骤：

步骤1：向待测穹顶结构发射并接收线性调频连续波微波信号，产生多通道中频基带信号；

步骤2：根据多通道中频基带信号得到待测穹顶结构的距离-角度像热图，从距离和 角度的联合维度对穹顶结构关键测点进行定位，并同步提取各关键测点的形变与振动位 移时域信息；

步骤3：根据各测点的形变与振动位移时域信息，通过索力监测、形变监测和振动监测，提取待测穹顶结构各组成结构在静动载荷下的特征参数；

步骤4：根据待测穹顶结构各组成结构在静动载荷下的特征参数，通过多特征融合分析，对穹顶结构进行健康监测与安全评估。

优选地，所述步骤2包括：

步骤2.1、选取某一个扫频周期的多通道中频基带信号，通过二维快速傅里叶变换得到穹顶结构的距离-角度像热图，对穹顶结构全场测点进行定位；

步骤2.2、估计穹顶结构关键测点在每个扫频周期的相位演变信息，估计方法为：