远距离转发式位移雷达系统设计与实现

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大型桥梁在建设和长期使用的过程中,会受到各方面因素的影响,发生不同程度的位移,当位移量大于其所能承受的临界值就会发生坍塌,造成不可估量的经济损失和人员伤亡。因此,针对大型桥梁进行有效的形变监测至关重要。现有的监测手段存在实时性差、灵活性低、成本高昂,监测距离有限等问题。为此,本文针对桥梁远场位移监测的需求,提出了一种远距离转发式位移雷达方案,并对该方案进行设计和实现。雷达系统采用C波段作为工作频段,通过引入微波干涉测量技术,根据不同时刻目标的相位变化计算该目标在雷达视线方向的变形量,测量精度可达到亚毫米级。通过优化传统位移雷达测量算法,提高信道利用率,减少硬件资源消耗,降低系统成本。基于上述原理对系统收发信道各功能模块进行相关的电路与PCB版设计,并制作出实物,实现射频信号产生、发送、接收和调制功能。设计并实现一款小型化雷达转发器,其具备信号处理和功率放大功能,解决现有系统测量距离近、无法多点监测的问题,同时雷达转发器体积小、方便携带、易于安装。本文提出的位移雷达系统主要由两部分组成,雷达监测终端(收发信道、雷达数据采集、雷达数据处理与显示)和雷达转发器。雷达转发器放置在被测目标位置,雷达监测终端放置在监测点位置。监测终端发送射频载波信号至雷达转发器,雷达转发器使用不同调制频率接收到的信号进行调制,调制完成后被反射回监测终端后进行分辨分离。通过AD采集模块获取原始雷达数据,利用FPGA对雷达数据进行编码控制,之后经以太网模块将雷达数据上传至PC端。经后续处理解算出各点位移量,并将处理结果在GUI界面实时显示。实验结果表明,本文提出的位移雷达监测系统可以实现全天时、全天候、远距离、实时高精度测量,距离可达到400m以上,测量精度为亚毫米级。与现有雷达监测系统相比,本系统的重量、体积和成本被大幅降低,具有较好的市场前景。
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