【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
实施例涉及一种结构位移估算方法，并且更特别地，实施例涉及一种通过在所需的结构位移测量点处安装雷达和加速度计并且融合测量值以便估算在所需点处的位移来估算在所需点处的结构位移的方法。
技术介绍
1、位移对于了解结构的行为和当前状况来说至关重要，因此在许多国家的结构设计规范中都直接将位移视为结构的安全指标。由外部荷载引起的过大位移可以用作结构稳定性处于危险之中的主要指标，并且还可以用于维护、管理和修复，诸如改进数值模型或估算损坏。
2、然而，与物理量，诸如加速度不同，位移在实际结构中难以测量，因此可以使用各种方法，诸如线性可变差动变压器(“lvdt”)、激光多普勒测速仪(“ldv”)、间接方法等各种方法来测量位移。
3、最常用的lvdt被设计为与铁芯的机械位移和输出电压成比例，从而产生高准确性和可靠性。但是，由于lvdt需要固定点来安装传感器，因此需要额外的临时结构来测量实际结构的位移，并且难以测量构建在河流和海洋上的桥梁的位移。ldv是非接触式传感器，其可以使用反射激光的相位差来测量结构的位移。在测量桥梁中心时，由于激光必须垂直于测量点的表面射入，难以找到传感器安装点，这是因为测量点的底部在海洋中，并且设备非常昂贵，因此其不适合同时测量在多个点处的位移。
4、间接法是将物理量，诸如加速度转换为位移的方法。在结构上安装加速度计(一种测量加速度的传感器)，并且可以很容易地经由双重积分根据加速度估算出位移。虽然它具有不需要固定点来进行传感器安装的优点并且相对便宜，但是却存在由于测量噪声而导致低频分量被大
5、另一方面，还已知如何使用雷达传感器来测量结构的位移。在该方法中，雷达传感器发射调频信号，接收来自物体的反射信号，并且根据发射和接收信号之间的时间延迟来估算在视线(“los”)方向上的位移。然而，传统的基于雷达的位移估算方法具有以下两个问题。首先，雷达传感器安装在待测量结构以外的固定点处，并且检测结构上的多个目标。此时，必须确定由雷达传感器检测到的每个目标的位置，以选择最适合估算结构位移的最佳目标，并且需要初始校准来估算最终转换因子以用于从在雷达和目标之间的视线方向(“los”)上的位移转换为实际振动方向上的位移的。然而，在过去，这些任务不是自动化的，并且是由用户手动完成的。手动初始校准很麻烦，并且降低了位移估算的准确性和速度。其次，如果从雷达测量提取的原始相位超出[-π，π]的范围，则会因出现相位包裹而导致不准确的位移估算。相位包裹可能是严重的问题，特别是当结构位移大于雷达的波长时。
技术实现思路
1、[技术问题]
2、实施例提供了一种结构位移估算方法及其位移估算系统，其可以通过一起使用安装在待测结构中的加速度计和雷达传感器的信息来提高位移测量的准确性。
3、实施例不限于上述实施例，并且本
的普通技术人员可以根据以下描述清楚地了解未提及的其他实施例。
4、[技术方案]
5、为了实现上述目的，根据一个实施例的一种结构位移估算方法由运行在计算装置上的计算机程序执行，计算机程序可以被配置为使计算装置的处理器执行自动化初始校准步骤和结构位移监测步骤。自动化初始校准步骤可以被配置为分别从直接安装在结构的位移测量点处的雷达和加速度计收集测量值，自动确定由雷达检测到的多个候选目标中的一个最佳目标，并且自动计算用于将最佳目标在位移测量点的视线方向上的位移转换为在实际振动方向上的位移的最终转换因子。结构位移监测步骤可以被配置为通过基于fir滤波器融合经由将最终转换因子应用于从最佳目标的雷达测量值提取的相位而获得的基于雷达的位移与经由对来自加速度计的测量值进行双重积分而获得的基于加速度计的位移来计算最终位移。
6、在一个实施例中，使用雷达的测量和使用加速度计的测量可以在同一时间段内进行。
7、在一个实施例中，使用雷达的测量和使用加速度计的测量可以在小于一分钟内进行。
8、在一个实施例中，可以以彼此紧邻的方式安装在结构的位移测量点处的雷达和加速度计可以收集测量值。
9、在一个实施例中，自动化初始校准步骤可以包括使用雷达测量针对多个候选目标中的每一个在位移测量点的视线方向上的初始位移，通过将多个转换因子值应用于针对多个候选目标中每一个的初始位移来计算在振动方向的多个第一位移，用加速度计测量位移测量点的加速度，通过对加速度进行双重积分来计算第二位移，计算为多个候选目标中每一个计算出的多个第一位移中的每一个与第二位移之间的rmse，并且确定在计算出的rmse值中的最小值作为候选目标的最小rmse值，自动确定具有为多个候选目标中的每一个确定的多个最小rmse值中的最小的最小rmse值的候选目标作为最佳目标，以及自动计算被应用以获得最佳目标的最小rsme值的转换因子作为最佳目标的最终转换因子。
10、在一个实施例中，多个转换因子值可以在0.5至2.0的范围内。
11、在一个实施例中，在结构位移估算方法中，结构位移监测步骤可以通过使用雷达和加速度计针对在自动化初始校准步骤中自动确定的最佳目标定期执行位移测量来定期执行。
12、在一个实施例中，结构位移监测步骤可以包括通过使用雷达针对最佳目标执行雷达测量来提取原始相位，用加速度计测量位移测量点的加速度，并且通过对测量的加速度进行双重积分来计算基于加速度的位移，当由于结构位移测量点的位移大于雷达的雷达信号的波长而导致在原始相位中出现相位包裹问题时，使用测量的加速度选择接近预测相位的解包裹相位，使用不存在相位包裹问题的原始相位或由于相位包裹问题而导致的解包裹处理相位来计算在视线方向上的第三位移，通过将最终转换因子应用于在视线方向上的第三位移来计算在振动方向上的基于雷达的位移，以及通过使用有限脉冲响应(fir)滤波器融合基于加速度的位移和基于雷达的位移来计算最终位移。
13、在一个实施例中，计算最终位移的步骤可以包括通过对基于雷达的位移执行低通滤波来获得基于雷达的低频位移，通过对基于加速度的位移执行高通滤波来获得基于加速度的高频位移，并且通过融合基于雷达的低频位移和基于加速度的高频位移来计算最终位移。
14、在一个实施例中，选择解包裹相位的步骤可以包括使用在第(k-1)个和第(k-2)个时间步的位移和第(k-1)个加速度，通过等式
15、和等式
16、
17、来计算在第k个时间步的预测位移和预测相位以及通过方程
18、
19、找到在原始相位的±2pπ范围内(其中p为整数)且最接近预测相位的解包裹相位，并且选择其作为待用于估算基于雷达的位移的相位。
20、在一个实施例中，最终位移可以使用公式计算(ch：双重积分和(2m+1)阶高通滤波器，a：测量加速度矢量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种由运行在计算装置上的计算机程序执行的结构位移估算方法，所述计算机程序被配置为使所述计算装置的处理器执行所述方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中使用所述雷达的测量和使用所述加速度计的测量是在同一时间段内进行的。
3.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中使用所述雷达的所述测量和使用所述加速度计的所述测量是在小于一分钟内进行的。
4.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述雷达和所述加速度计以彼此紧邻的方式安装在所述结构的所述位移测量点处并且收集所述测量值。
5.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述自动化初始校准步骤包括：
6.根据权利要求5所述的结构位移估算方法，其中所述多个转换因子值在0.5至2.0的范围内。
7.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述结构位移监测步骤是通过使用所述雷达和所述加速度计对在所述自动化初始校准步骤中自动确定的所述最佳目标定期执行位移测量来定期执行的。
8.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述结
9.根据权利要求8所述的结构位移估算方法，其中计算所述最终位移的步骤包括：通过对所述基于雷达的位移执行低通滤波来获得基于雷达的低频位移，通过对所述基于加速度的位移执行高通滤波来获得基于加速度的高频位移，并且通过融合所述基于雷达的低频位移和所述基于加速度的高频位移来计算所述最终位移。
10.根据权利要求8所述的结构位移估算方法，其中选择所述解包裹相位的步骤包括：
11.根据权利要求8所述的结构位移估算方法，其中所述最终位移是使用公式计算的，其中CH：双重积分和(2M+1)阶高通滤波器因子，a：测量加速度矢量，CL：(2M+1)阶低通滤波器因子，u：基于雷达的位移矢量。
12.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，
13.一种结构位移估算系统，其包括：
14.根据权利要求13所述的结构位移估算系统，其中所述位移估算器包括：
15.根据权利要求13所述的结构位移估算系统，其中当由于所述结构的所述位移测量点的位移大于所述雷达信号的波长而导致所述相位出现包裹问题时，所述位移估算器还被配置为执行相位解包裹处理功能，以通过使用在所述结构处测量的加速度选择最接近预测相位的解包裹相位来估算基于雷达的位移。
16.根据权利要求13所述的结构位移估算系统，
17.根据权利要求13所述的结构位移估算系统，其中所述结构位移监测功能包括：
18.根据权利要求13所述的结构位移估算系统，其中计算所述最终位移的功能包括：
19.一种计算机可执行程序，其存储在计算机可读记录介质中以执行根据权利要求1至12中任一项所述的结构位移估算方法。
20.一种计算机可读记录介质，其记录计算机可执行程序以执行根据权利要求1至12中任一项所述的结构位移估算方法。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种由运行在计算装置上的计算机程序执行的结构位移估算方法，所述计算机程序被配置为使所述计算装置的处理器执行所述方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中使用所述雷达的测量和使用所述加速度计的测量是在同一时间段内进行的。
3.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中使用所述雷达的所述测量和使用所述加速度计的所述测量是在小于一分钟内进行的。
4.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述雷达和所述加速度计以彼此紧邻的方式安装在所述结构的所述位移测量点处并且收集所述测量值。
5.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述自动化初始校准步骤包括：
6.根据权利要求5所述的结构位移估算方法，其中所述多个转换因子值在0.5至2.0的范围内。
7.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述结构位移监测步骤是通过使用所述雷达和所述加速度计对在所述自动化初始校准步骤中自动确定的所述最佳目标定期执行位移测量来定期执行的。
8.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述结构位移监测步骤包括：
9.根据权利要求8所述的结构位移估算方法，其中计算所述最终位移的步骤包括：通过对所述基于雷达的位移执行低通滤波来获得基于雷达的低频位移，通过对所述基于加速度的位移执行高通滤波来获得基于加速度的高频位移，并且通过融合所述基于雷达的低频位移和所述基于加速度的高频位移来计算所...
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