科技的进步与社会的不断发展,推动着交通事业的蓬勃发展,桥梁作为基础设施的一部分,对交通运输有着重要的意义,也因此,桥梁结构的安全性与耐久性逐渐成为人们关注的热点。现代桥梁健康监测技术对监测手段的精密、便捷、成本等提出了更高的要求,传统的监测手段难以满足工程的需求,因此,亟需一种新的技术手段来满足现代健康监测的需求。调频连续波（Frequency Modulation Continuous Wave,FMCW）毫米波雷达技术的快速发展,使得其开始进入人们的视线,其安装简单、测量精度高、能够进行多目标测量等特点,将其运用到桥梁结构健康监测领域有着重要的意义。因此,本文以FMCW毫米波雷达为研究对象,围绕FMCW毫米波雷达的基础理论、多目标精密测距算法、FMCW毫米波雷达结构健康监测系统的构建、健康监测系统在实际工程领域的应用等方面进行展开研究,通过实际工程案例,充分证明了其能够在桥梁结构健康监测领域实现多目标、高精度的应用。论文的主要研究工作及成果包括:（1）介绍了毫米波雷达的基础理论,包括雷达体制、探测性能、FMCW雷达调制波形,硬件结构、基本工作原理等。以锯齿形FMCW毫米波雷达为研究对象,对其测距原理进行了详细论述,包括单目标、多目标中频信号数学模型,以及从中频信号中获取目标距离的FFT算法,分析了其算法本身影响测距精度的“栅栏效应”,推导了雷达的距离分辨率,并对频率相位灵敏度进行了对比,最后介绍了FMCW雷达测距的硬件误差来源。（2）针对FMCW毫米波雷达多目标精密测距算法中目标识别的问题,介绍了目标识别中的均值类（ML）CFAR和（OS）CFAR算法;针对其精密测距算法问题,介绍并详细推导了频率法精密测距算中的FT频谱细化算法及Rife算法;相位法精密测距中的相位差法和相位法,并从理论上证明了相位法的精度高于频率法。由此提出了基于OS-CFAR目标识别的相位法多目标精密测距的策略,进行了仿真实验。实验结果表明,该算法能够在准确识别目标的基础上,实现多目标的精密测距。（3）基于多目标测距算法,利用IWR1843毫米波雷达开发板、DCA1000数据采集板、角反射器、自主开发软件等搭建了FMCW毫米波雷达结构健康监测系统。详细介绍了系统的组成,包括FMCW毫米波雷达信号前端、数据采集板卡、雷达角反射器、供电模块等硬件,mm Wave Studio参数配置软件及自主开发mm Wave Detection数据处理软件。并对该系统进行了静态和动态测试,实验结果表明本系统在多目标静态测试中的内符合精度能够达到10um;在动态测试中,能够准确探测到50um的微小形变,可以应用于实际工程。（4）基于FMCW毫米波雷达结构健康监测系统,提出了多目标雷达布置方案,开展了高速铁路简支梁桥多目标振动监测试验,从监测数据中成功获取了车辆通过时的桥梁的动挠度响应曲线、桥梁振动频率以及分析了冲击系数,结果表明,高速铁路简支梁桥的各项参数均满足现行规范要求;开展了高速公路连续梁桥的多目标振动监测试验,对监测梁段的2#、3#、4#、5#梁进行监测,获取了桥梁的动挠度响应曲线,并从动挠度响应曲线中成功提取到了桥梁的振动频率,其中最大动挠度发生在重型荷载通过时的2#、3#T梁,其满足现行规范要求,所测4榀T梁的自振频率基本一致,对监测梁段的冲击系数进行了计算,满足规范要求,说明该梁段整体结构完好。试验证明了本系统的准确性与可靠性。论文有图65幅,表20个,参考文献108篇。