本發(fā)明屬于雷達(dá)微動(dòng)特征監(jiān)測(cè)，涉及一種基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，尤其涉及一種基于多掃頻模式的雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著21世紀(jì)的到來，我國的隧道建設(shè)步伐顯著加快，建設(shè)規(guī)模和里程在全球范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。然而，由于長時(shí)間的使用，隧道不可避免地會(huì)受到自然因素和人為因素的影響，導(dǎo)致各種病害的產(chǎn)生。這些病害不僅對(duì)交通安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，也縮短了隧道的使用壽命，并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2、常見的隧道病害包括襯砌背后的空洞、注漿不密實(shí)、襯砌厚度不足、管片錯(cuò)位、不均勻沉降以及滲漏水和襯砌材質(zhì)劣化等。為了有效監(jiān)測(cè)和評(píng)估這些病害，業(yè)界已經(jīng)發(fā)展出多種隧道監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)，如三維激光掃描技術(shù)、沖擊回波技術(shù)、紅外探測(cè)技術(shù)、光纖光柵技術(shù)、高清攝像技術(shù)和光學(xué)測(cè)量技術(shù)等。

3、此外，可以采用雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)進(jìn)行隧道監(jiān)測(cè)，這項(xiàng)技術(shù)通過監(jiān)測(cè)隧道被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移信息來反映隧道的實(shí)時(shí)狀態(tài)。與傳統(tǒng)的三維激光掃描技術(shù)和高清攝像技術(shù)相比，雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)在精度上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4、然而，在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)的雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)采用的枝切法位移測(cè)量方法存在一定的局限性。當(dāng)隧道內(nèi)有車輛通過或人員進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可能會(huì)暫時(shí)中斷測(cè)量，這可能導(dǎo)致在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的較大位移無法被準(zhǔn)確捕捉，從而產(chǎn)生位移測(cè)量的整周模糊問題。

5、因此，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，需要研發(fā)一種新型的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其引入了多種掃頻方式，可以解決因車輛通過和人員維護(hù)而可能引起的整周模糊問題，使得雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)在隧道監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用更加穩(wěn)定和可靠。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

4、1)為雷達(dá)配置兩種線性掃頻模式，且兩種線性掃頻模式下開始掃頻時(shí)的頻率相差一個(gè)掃頻帶寬；

5、2)對(duì)兩種線性掃頻模式的回波信號(hào)進(jìn)行處理，獲取兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位變化信息；

6、3)根據(jù)兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位變化信息計(jì)算出兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位整周計(jì)數(shù)；

7、4)根據(jù)兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位變化信息和兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位整周計(jì)數(shù)計(jì)算出兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移；

8、5)將兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移進(jìn)行融合，獲得被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終高精度位移。

9、優(yōu)選地，所述步驟2)具體為：對(duì)兩種線性掃頻模式的回波信號(hào)先進(jìn)行去斜處理，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣以將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和信號(hào)增強(qiáng)處理，之后對(duì)處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加窗處理并對(duì)加窗處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換以獲取兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位變化信息θ1與θ2。

10、優(yōu)選地，所述步驟3)中計(jì)算出兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的整周計(jì)數(shù)n1具體為：

11、

12、式中，s1是線性掃頻模式1下相位變化360°對(duì)應(yīng)的位移，s2是線性掃頻模式2下相位變化360°對(duì)應(yīng)的位移。

13、優(yōu)選地，所述步驟4)中計(jì)算出兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移具體為：

14、r1＝(n1*360+θ1)*k1

15、r2＝(n1*360+θ2)*k2

16、式中，r1是線性掃頻模式1下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移，r2是線性掃頻模式2下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移。

17、優(yōu)選地，所述步驟5)中將兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移進(jìn)行融合具體為：通過求平均值或加權(quán)平均進(jìn)行融合。

18、優(yōu)選地，所述步驟5)中將兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移進(jìn)行融合具體為：通過求平均值進(jìn)行融合，即，r為被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終高精度位移。

19、優(yōu)選地，所述步驟1)中，線性掃頻模式1下開始掃頻時(shí)的頻率為f1、掃頻帶寬為b，線性掃頻模式2下開始掃頻時(shí)的頻率為f2、掃頻帶寬為b，則，f2＝f1+b。

20、優(yōu)選地，所述基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法進(jìn)一步包括：

21、6)對(duì)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終高精度位移進(jìn)行驗(yàn)證和分析，以確保其準(zhǔn)確性和可靠性。

22、優(yōu)選地，所述步驟6)中的對(duì)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終高精度位移進(jìn)行驗(yàn)證和分析包括與歷史數(shù)據(jù)的比較和統(tǒng)計(jì)分析。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法具有如下有益技術(shù)效果中的一者或多者：

24、1、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠有效解決過車或人員維護(hù)經(jīng)過時(shí)的整周模糊問題，提高了隧道監(jiān)測(cè)的精度和可靠性。

25、2、本發(fā)明通過使用多掃頻技術(shù)，能夠提供更高的測(cè)量精度，可以更準(zhǔn)確地識(shí)別和區(qū)分目標(biāo)物體的微小位移。

26、3、本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位移監(jiān)測(cè)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的結(jié)構(gòu)問題，從而降低長期維護(hù)成本和潛在的修復(fù)費(fèi)用。

27、4、本發(fā)明通過精確監(jiān)測(cè)隧道等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的位移，有助于確保公共安全，預(yù)防由于結(jié)構(gòu)位移引起的事故。

28、5、本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)快速部署和應(yīng)用。

29、6、本發(fā)明適用于多種監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，包括但不限于隧道、橋梁和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的位移監(jiān)測(cè)。

技術(shù)特征：

1.一種基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟2)具體為：對(duì)兩種線性掃頻模式的回波信號(hào)先進(jìn)行去斜處理，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣以將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和信號(hào)增強(qiáng)處理，之后對(duì)處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加窗處理并對(duì)加窗處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換以獲取兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位變化信息θ1與θ2。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟3)中計(jì)算出兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的整周計(jì)數(shù)n1具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟4)中計(jì)算出兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟5)中將兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移進(jìn)行融合具體為：通過求平均值或加權(quán)平均進(jìn)行融合。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟5)中將兩種線性掃頻模式下被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移進(jìn)行融合具體為：通過求平均值進(jìn)行融合，即，r為被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終高精度位移。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1)中，線性掃頻模式1下開始掃頻時(shí)的頻率為f1、掃頻帶寬為b，線性掃頻模式2下開始掃頻時(shí)的頻率為f2、掃頻帶寬為b，則，f2＝f1+b。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，進(jìn)一步包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟6)中的對(duì)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終高精度位移進(jìn)行驗(yàn)證和分析包括與歷史數(shù)據(jù)的比較和統(tǒng)計(jì)分析。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于雷達(dá)微動(dòng)特征監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于雷達(dá)高精度相位測(cè)距技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)方法，其包括：1)為雷達(dá)配置兩種線性掃頻模式，且兩種線性掃頻模式下開始掃頻時(shí)的頻率相差一個(gè)掃頻帶寬；2)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理，獲取被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位變化信息；3)根據(jù)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相位變化信息計(jì)算出被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位整周計(jì)數(shù)；4)根據(jù)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位變化信息和被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)的相位整周計(jì)數(shù)計(jì)算出被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移；5)將被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度位移進(jìn)行融合，獲得被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終高精度位移。其不僅提高了位移監(jiān)測(cè)的精度，而且通過多掃頻模式的應(yīng)用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性，使其能夠適應(yīng)不同的監(jiān)測(cè)環(huán)境和條件。

技術(shù)研發(fā)人員：張春發(fā),路振,王春梅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：張春發(fā)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19