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针对2维矩阵子空间系统识别方法在系统识别计算效率、抗噪性与识别能力不强的问题,基于张量平行因子分解理论,引入时问维度,提出一种新的张量子空间系统识别方法以追踪非线性桥梁系统的模态参数时变规律.将时间维度引入至2维Hankel矩阵,构建Hankel时变3维张量;基于结构振动的状态空间模型,推导建立张量子空间系统识别数学模型;运用张量因子分解理论,结合稳定图方法,平行求解系统矩阵,剔除虚假模态信息.基于两座斜拉模型桥试验,通过与滑窗子空间系统识别方法对比,验证了该方法在计算效率与结果精确性上的提升,其结果表明,所提方法可用于求解确定和随机非线性时变桥梁系统识别问题.