基于地基MIMO雷达的桥梁振动测量技术研究

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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重要组成部分,对交通运输有着重要的意义,其安全性与耐久性逐渐成为人们关注的热点。传统的桥梁结构监测手段难以满足无接触、多测点、高精密、实时性的需求。地基多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)雷达由于其快速成像能力,在桥梁结构监测中显示出巨大的应用潜力。因此,本文主要围绕地基MIMO雷达桥梁振动参数测量相关技术展开研究,具体研究内容和成果如下:1.提出了一种地基MIMO雷达图像预筛选的方法针对地基MIMO雷达的成像结果中包含目标区域以外的背景像素影响数据处理的效率问题,提出了一种基于振幅掩模的桥梁结构像素提取方法。首先利用图像分割中的掩模方法划分出雷达成像结果中的桥梁结构区域,然后结合永久散射体(Permanent Scatterers,PS)技术中的平均振幅阈值法对桥梁结构像素进行提取,实验结果表明,该方法可以有效提取桥梁结构像素,并大大提高了数据处理的效率。2.提出了一种基于空域滤波的杂波抑制方法针对散布在时间和空间维度的杂波,影响振动参数估计准确率的问题,研究了一种基于空域滤波的杂波抑制方法。首先分析了振动回波中杂波的分布特点和结构振动的连续性,得出相邻像素点在空间具有相似的振动特性,然后将空域滤波中的高斯滤波法和圆拟合法相结合可以达到振动信号中杂波抑制的效果,提高了振动参数估计的准确率。3.提出了一种桥梁结构振动的有效像素提取方法针对传统阈值有效像素检测方法存在检测率低,影响振动参数估计准确率的问题,提出了一种桥梁结构振动的有效像素提取方法。首先分析了桥梁结构振动的有效像素的特点,分别是振幅稳定、相位规则、区域连续性,然后通过利用PS技术中的振幅离差法消除桥梁监测中二面散射角引起的振幅较大但不稳定的像素,同时利用振动相似度指标筛选出相位规则的像素,最后利用二值形态学中的滤波法去除相互孤立的像素,从而提高桥梁结构振动的有效像素的检测率。最后,本文利用相关桥梁的实测数据对上述方法进行了实验,证明了所提方法的有效性和适用性。
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