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近年来,健康监测系统已经广泛应用于土木工程领域,作为其核心技术、理论基础之一的模态参数识别也逐渐成为该领域的热门研究内容。目前学者已经提出了频域法、时域法等多种工作模态参数识别方法。然而,在实际运营过程中很多土木工程结构会表现出一定程度的时变特性,故对桥梁结构的长期健康监测数据本质上是非平稳信号。作为传统Fourier变换广义形式的分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)可以同时提供信号在时域和频域的局部特性,适用于处理非平稳信号,在近年来引起广泛的关注。论文在参阅大量土木工程结构模态参数识别相关文献的基础上,从理论、仿真分析和试验三方面深入研究了时—频分析工具分数阶Fourier变换。论文的主要工作和结论如下:(1)介绍了健康监测系统的发展近况,指出工作模态分析在工程领域的重大意义。对一些典型的工作模态参数识别方法进行归纳,明确了论文的研究背景和意义。(2)阐述了FRFT的研究发展及应用,并对其基本定义和基本性质进行了总结。通过一仿真算例验证了FRFT是传统Fourier变换的广义形式,多了一个自由参量即变换阶次p,灵活性更强,适合对chirp类非平稳信号进行处理。(3)介绍了FRFT对chirp信号进行检测与参数估计的基本原理,chirp信号在最优变换阶次的分数阶Fourier域中会表现为一个冲激函数,从而实现对chirp信号的检测与参数估计。(4)分别对单分量及多分量chirp信号在有无噪声情况下进行检测与参数估计,分析了在不同信噪比情况下对识别结果的影响,分析结果表明FRFT具有一定的抗噪性。同时研究了欠采样和过采样条件对chirp信号参数估计的影响并对结果进行了验证。(5)对正弦调频信号的数学模型和时—频特性进行了介绍,并阐述了非平稳信号瞬时频率的基本概念。引入了结合分数阶Fourier变换和三次多项式函数来识别时变结构瞬时频率的方法,并通过仿真和试验对该方法进行了验证。