一种基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种雷达监测技术，具体为一种基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统，利用毫米波雷达高带宽及高检测精度的特点，不仅能够测试桥梁静挠度和动挠度，还能实现多点同时采集，桥下无需搭设支架，不影响正常交通，受环境影响小，能实现长期监测的效果；包括桥梁状态检测模块、通讯模块、报警模块、角反射器和数据存储终端；所述的角反射器安装在桥梁下方；桥梁状态检测模块分别与通讯模块、报警模块和数据存储终端连接；所述的桥梁状态检测模块通过毫米波与角反射器信号连接；所述桥梁状态检测模块包括n个发射天线和m个接收天线构成的收发阵列、单芯片RF；DSP模块和处理器。DSP模块和处理器。DSP模块和处理器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统


[0001]本技术涉及一种雷达监测技术，具体为一种基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统。

技术介绍

[0002]桥梁结构变形监测具体是指利用专用的仪器设备和方法对结构物的变形情况进行持续观测、对结构物变形形态进行分析、变形的发展态势进行预测等各项工作。通过变形观测，一方面可以监视桥梁结构物的变形情况，一旦发现异常变形可及时进行分析、研究，并采取措施加以处理，确保桥梁结构物在施工和运营过程中的安全，防止事故的发生。另一方面，通过对桥梁结构物的变形进行分析研究，可以检验设计和施工是否合理、反馈施工的质量，并为今后的修改和制订设计方法、规范以及施工方案等提供依据，从而减少工程灾害、提高抗灾能力。
[0003]目前有很多地方发生桥梁偏塌事件，实际是对桥梁的监控不足导致的。桥梁建起时间开始，应该对桥梁进行实时监测，并将数据反馈给相关监测部门。
[0004]综上所述，可以看出现有技术的缺陷和不足主要体现在以下几方面：
[0005]1.无法对桥梁进行实时的监测，其数据也没能及时反馈给相关部门；
[0006]2.没有对桥梁的数据建立数据库，对桥梁的修复仍处在依靠群众反馈和每年的监测结果，无法及时对桥梁进行修复；
[0007]3.针对有问题的桥梁，无法给行人即使提示或者警示绕路行驶。

技术实现思路

[0008]本技术要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统，利用毫米波雷达高带宽及高检测精度的特点，不仅能够测试桥梁静挠度和动挠度，还能实现多点同时采集，桥下无需搭设支架，不影响正常交通，受环境影响小，能实现长期监测的效果。
[0009]为了解决上述技术问题，本技术提供了如下的技术方案：一种基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统，包括桥梁状态检测模块、通讯模块、报警模块、角反射器和数据存储终端；
[0010]所述的角反射器安装在桥梁下方；桥梁状态检测模块分别与通讯模块、报警模块和数据存储终端连接；所述的桥梁状态检测模块通过毫米波与角反射器信号连接；
[0011]所述桥梁状态检测模块包括n个发射天线和m个接收天线构成的收发阵列，所述收发阵列与单芯片RF连接。
[0012]作为优选，所述单芯片RF、DSP模块和处理器依次连接；或为一体式SOC。
[0013]作为优选，所述的毫米波可以为24G、60G或77G频段。
[0014]作为优选，所述的报警模块可以为远程报警模块和远程警示灯。
[0015]作为优选，还包括云服务器，所述通讯模块可与云服务器通信连接。
[0016]本技术有益效果：本技术的基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统一方面实现了雷达测量精度非常高，对约100米处目标实测优于0.1mm；
[0017]另一方面雷达测量数据更新频率更高，达到250Hz，能够胜任高速高动态的测量；
[0018]其次，雷达灵敏度高，可以观测到车辆对桥梁细微的振动；
[0019]再者，测量效率高，支持多点多跨测量，非接触式测量，部署快速，使用便利，综合成本低。
[0020]同时，自动化程度高，直接输出实时数据，可与桥梁检测系统紧密对接。
附图说明
[0021]图1为本技术的系统安装示意图；
[0022]图2为本技术的桥梁监测系统示意图；
[0023]图3为本技术的雷达系统应用原理示意图；
[0024]图4为本技术的天线收发阵列与射频RF、DSP、处理器分离式雷达系统的SOC示意图；
[0025]图5为本技术的天线收发阵列与射频RF、DSP、处理器集成式雷达系统的SOC示意图；
[0026]图6为本技术的雷达系统监测桥墩安装示意图；
[0027]图7为实施例中测得不同试验工况测点水平位移结果；
[0028]图8为本技术的通信接口协议示意图；
[0029]图9为本技术的报警模块外置示意图；
[0030]图10为本技术的灯控制模块外置示意图；
[0031]图11为本技术的角反射器的结构示意图。
具体实施方式
[0032]以下对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。
[0033]实施例1，本实列所述的基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统，如图1所示，可安装在桥梁的正下方或桥墩的前下方位置，如图2所示，桥梁状态信息检测模块100、通讯模块101、报警模块102和灯光控制模块103。
[0034]桥梁状态信息检测模块100发射77GHz毫米波，雷达采用多发多收天线采用MIMO方式，获取监控区域内的多路目标回波信号，并对各路回波进行滤波x
out
(t)。设定模数转换器ADC的采样频率，对雷达发射一帧的每个chirp 序列进行采样，每个chirp采集Q个点，对x
out
(t)信号进行离散采样得到I/Q 两路信号，并存于DSP中的相应内存中。对采集的数据信号在距离维方向上进行FFT并剔除静止杂波成分，得到目标的在频率域上的信息X
out_r
(w)。对X
out_r
(w)进行虚拟天线阵列，即可以利用少数天线阵元形成具有多个虚阵元的虚拟阵列，从而扩展了天线阵列的孔径，提高了角分辨力。并对X
out_r
(w)进行速度维FFT得到距离速度谱X
out_rd
(w)，对X
out_rd
(w)求幅值。
[0035]对桥梁状态信息监测，主要分为两种桥梁结构物多点同时测量和多点动扰度同时测量。
[0036]结构物多点同时测量是雷达发出的微波呈扇形分布，在一定距离范围内，若有多个测点在扇形区域内即可同时测得各个测点的微变形。基于雷达干涉测量技术的上述特点，可以建立多点同时测量系统，便于结构物检测和监测过程中的多测点数据采集。通过对毫米波雷达检测系统对某一区域内的所有重要结构物关键位置安装角反射器，实时将结构物的变形监测数据传输至云端数据库，实现技术人员对该区域内有重要结构物的变形进行集群化管理。一旦发生自然灾害或重大事故时，通过对重要结构物的变形及基频监测，可以及时为应急预案实施提供辅助，优化资源配置。
[0037]多点动挠度同时测量主要表现为动挠度能综合反映结构的动态响应和动态刚度，通过实时监测关键截面的动挠度变化来评定桥梁承载能力状况，为桥梁管理养护工作提供便利。由于毫米波雷达测试的是竖向位移时程曲线，通过即时数据处理软件即可得到结构的振动基频，在监测变形的同时也能监测结构的刚度状况。在桥梁或者其他结构物的适当位置布置微波雷达传感器，在结构关键位置布置测点，测点处布置永久固定的角反射器，建立该桥的动挠度实时监测系统，并设置动挠度预警阈值，当桥梁在某一时间段内通过超载车辆时，可以及时发现并反馈给交通运输管理部门及时采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统，其特征在于：包括桥梁状态检测模块、通讯模块、报警模块、角反射器和数据存储终端；所述的角反射器安装在桥梁下方；桥梁状态检测模块分别与通讯模块、报警模块和数据存储终端连接；所述的桥梁状态检测模块通过毫米波与角反射器信号连接；所述桥梁状态检测模块包括n个发射天线和m个接收天线构成的收发阵列，所述收发阵列与单芯片RF连接。2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的桥梁桥墩监测系统，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王姗，
申请(专利权)人：江西商思伏沌科技有限公司，
类型：新型
国别省市：