地基干涉雷达IBIS-S模态分析方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着科技与社会的发展,建筑物的设计越来越高端新颖,建筑物的形状和高度也在不断突破。在整个施工、运营阶段,建筑物的变形监测工作也就变得越来越重要。我们都知道，由于受到多种主观和客观因素的影响，建筑物或多或少都会产生变形，变形如果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全，给社会和人民生活带来巨大的损失。尽管工程建筑物在设计和施工运营期间也会采用一定的安全系数，使其能够安全的承受所考虑到的各种外部荷载影响，但由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完美的考虑，同时施工质量也不可能没有任何缺陷，因此，工程在运行过程中还可能发生某些不利的变化因素，国内外也仍有一些工程项目出现事故。所以施工中必须实时提供建筑物的形变信息,给施工单位提供足够的数据参考来保证施工过程的正常运作，同时也对建筑物建造过程中的安全性进行了评估。此外，对于已建成的建筑物来讲，对它们进行长期的有规律的变形监测也是很有必要的。精确的变形监测数据具有很重要的意义，它可以及时的提供建筑物的变形信息，这将会作为指导我们下一步工作的重要依据。变形监测对于超高层建筑物以及地铁，桥梁等公共基础设施尤为重要。超高层建筑物和大型公共基础设施由于承受着更大的载荷，变形监测就必须得更为重视。而大型公共基础设施的性质就决定了它从施工设计到最后的使用必须经得起考验。

然而对于变形监测越来越高的精度要求和监测方式的简化，传统的变形监测方法和手段就需要进一步改进与完善。新技术和新设备的开发与研究就显得很重要了。变形监测所研究的对象主要涉及3个方面：全球性变形监测、区域形变形监测以及工程和局部性变形监测，由于工程和局部性变形监测更贴近我们的现实生活，因此我们就重点探讨工程和局部性的变形监测。在工程和局部性变形监测方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以gps为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。此外地面三维激光扫描技术和地面微波干涉测量技术的实验应用也广泛应用。相比于传统的变形监测方式，地基干涉雷达ibis-s系统的众多优点就能体现出来了。

地基雷达干涉测量技术是最近十多年发展起来的主动微波遥感测量技术，具有较高的距离分辨率，采样频率最高能达到50hz以上，能够用于线性结构的变形分析和模态分析。桥梁、高层建筑物等土木工程结构的基本自振频率大都在20hz以内，因此地基雷达干涉测量技术在结构的健康监测中可以发挥很重要的作用。地基干涉雷达ibis-s系统可以对建筑物进行高精度实时变形监测,实时掌握建筑物的动态变化。与传统的监测方法相比，ibis-s系统具有以下六个优势和特点：1.能够对目标物进行动态和静态监测，遥测距离：静态1km、动态500m，无须靠近或进入目标物；2. 测量精度达0.01mm-0.1mm ，捕捉目标微小变形；3.高频数据采集——采样频率最高可达200hz；4.准确分析出目标物0~50hz的振动情况；5.几乎在所有天气条件 （如下雨、刮风、大雾等）下都能够提供连续的数据采集；6.直接、实时监测，可以得到目标整体变形量；可遥控测量，无需操作人员在现场守候

2. 研究内容和预期目标

ibis-s系统的工作原理是ibis系统能够同时发射n组连续频率的电磁波，每组电磁波的脉冲持续时间为t，该组连续的电磁波是步进频率的电磁波。步进频率连续波技术能够使ibis系统获得非常高的距离向分辨率，系统通过对每一组步进频率连续波进行离散傅里叶逆变换（idft），得到该组连续波内各个波的时间变化，从而可以计算距离向分辨率。之后利用sf-cw技术可以得到一个一维切面图，称为距离向切面图。在这个切面上，按照距离向分辨率（0.5m）进行分割。将合成孔径雷达（sar）技术和步进频率连续波（sf-cw）技术结合，监测区域就可以被分割成很多二维单元。每个单元包括两方面信息：1.回波信号的幅值，与分辨单元内目标物反射强度有关；2.回波信号的相位，与被测物和传感器单元之间的距离有关。最后，利用干涉测量技术将在不同时间得到的目标物的相位信息的差异进行比较，从而演算出很小的位移变化量，得出最终的变形监测数据。

根据地基干涉雷达ibis-s的基本工作原理，我们可以知道利用何种方式提取建筑物结构的自振频率就成为了ibis-s系统的关键。因此，如何选择出更好的、更合适的方法就成为了我们所面临的重要问题，这也就是本文所要研究的主要内容。

根据上述的研究内容，论文将要达到的预期目标主要有以下四个：一是研究利用高频采样频率提取建筑物结构的自振频率的基本方法；二是研究ibis-s提取变形序列的算法和数据处理步骤；三是利用matlab实现基本算法并分析算法的可靠性；四是学习并利用dv软件处理桥梁结构监测数据。

3. 研究的方法与步骤

本篇论文研究的是利用高频采样频率提取建筑物结构的自振频率的基本方法以及利用Matlab实现基本算法并分析算法的可靠性，研究步骤如下：

4. 参考文献

[1]邢诚, 徐亚明, 王鹏. ibis-s 系统检测方法研究[j]. 测绘地理信息, 2013, 38(4): 9-12.[2]徐亚明, 王鹏, 周校，邢诚. 地基干涉雷达 ibis-s 桥梁动态形变监测研究[j]. 武汉大学学报: 信息科学版, 2013, 38(7): 845-849.

[3]孙恒，董杰. ibis-s遥测系统在桥梁变形监测中的应用研究[j]. 工程勘察, 2013 ,41(8):79-82

[4]朱小华. 基于ibis-s的桥梁安全监测数据处理与分析[j]. 东南大学， 2014

5. 计划与进度安排

1、第01周-第03周，论文主题研究现状分析，毕业论文相关规定、规范和要求学习。2、第04周，略读主要参考文献，搜索相关参考文献，书写开题报告。3、第05周-第06周，书写第一章绪论部分，主要论述研究背景和论文计划做的全部内容以及章节安排。4、第07周-第08周，学习所涉技术的基本原理和方法，书写论文第二章基础理论部分。5、第09周-第10周，针对要解决的问题，学习相关处理方法，书写论文第三章。6、第09周-第11周，处理实验数据，对比分析验证，书写第四章实验处理部分。7、第12周，书写论文第五章总结与展望。8、第13周，修改毕业论文。9、第14周，打印装订毕业论文，制作答辩ppt，进行预答辩。