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52监测网专家报告分享-第42期 微变形监测雷达技术的研究现状与发展趋势 王韬 重庆大学副教授

52监测网专家报告分享-第42期

微变形监测雷达技术的研究现状与发展趋势

王韬 重庆大学副教授

人物简介

博士，副教授，硕士生导师。曾在Australian Centre for Space Engineering Research/University of New South Wales做访问学者，现在飞行器测控与通信教育部重点实验室从事科研工作。其曾作为负责人主持国家自然科学基金1项(项目名称为微变形监测雷达技术研究)、航天科技集团某研究所军工项目1项、重庆市自然科学基金1项、中央高校基本科研业务费1项、重庆大学高层次人才科研启动基金1项、重庆大学基础及应用基础研究基金1项(嵌入式系统启动技术研究)。作为主研人参与重庆市科技攻关项目(含院士专项，电缆调制解调器CMTS和电缆调制解调器CM的研制，危岩滑坡及大型建筑物微变形的无线电监测技术，微波成像技术用于空中目标搜索，多目标精密跟踪技术，三同信道及其在微位移测量中的应用等)、中国工程院院士咨询项目、国家自然科学基金、国家发改委项目、国防预研项目，国家重点实验室自主研究重点项目(发输配电中大型构件的安全监测)、Australian Space Research Program (ASRP)项目等多项，项目中主要负责算法仿真和并行化实现研究，曾获教育部科技进步二等奖1项。

其主要研究兴趣有建筑物变形监测技术研究，着重研究雷达技术(连续波/扩频雷达，地基合成孔径雷达GB-SAR等)、多目标遥测技术、伪卫星定位技术等在建筑物形变监测系统中的应用，飞行器测控与通信技术研究，着重研究基于CDMA和DBF体制的多飞行器测控系统、数字单脉冲精密跟踪系统、空间信息网、无线微波输能技术、编队合成孔径雷达技术等；目前其项目组已在以上研究方向上编写了大量软件代码，搭建了实验演示平台(如使用FPGA芯片实现伪码捕获与跟踪/数字波束形成与超分辨空间谱估计算法，使用嵌入式系统实现接口界面/控制系统等)。

目录

一、团队简介

二、背景意义

三、研究现状

四、研究进展

五、发展趋势

内容简介

一、团队简介

队伍简介

重庆大学杨士中院士科研团队；

研究方向：微变监测，太空太阳能电站；

研究情况

1)多个项目资助(NSFC、CSTC等)；

2)发明专利(申请17项/授权13项)，实用新型(申请2项/授权1项);

二、背景意义

应用背景:

公路边坡、跨江大桥、水库大坝、输电铁塔、摩天大楼等在使用中会发生微位移微变形，这些微小变化直接影响建筑物的安全。

工程上的意义:

微位移微变形测量是危险报警的主要监测手段，以便：减小财产损失，避免人员伤亡；

科学上的意义

记录变形发生发展全过程，以便：理解变形机理，验证变形假设，检验工程设计，建立预告模型；

三、研究现状

常用方法

光学相关方法

光纤应变测量方法；

近景摄影测量方法；

3D激光扫描方法；

射频相关方法

GPS测量方法；微位移测量精度5mm+1ppm×D;D是基准站到待测点的距离。

地基干涉雷达测量方法；

地基干涉雷达方法

典型产品：

1)意大利IDS公司的IBIS雷达；

2)安科院的边坡S-SAR；

3)湖南镭氪的地基干涉雷达RKDM；

技术原理：

1)步进频率连续波技术SFCW；

2)干涉相位(差分)测量技术；

3)合成孔径技术SAR；

宽带雷达

宽带雷达信号和脉冲压缩技术获取高分辨率一维雷达图像，分析提取感兴趣测试点。宽带雷达研制成本高，难度大！

存在问题

同类产品少(博泰克公司引进)，国内售价高，IBIS-S高达247万/套(摘自：湖南镭氪公司PPT)；RKDM的价格约为IBIS的1/4-1/5;

四、研究进展

位移雷达测量方法(位移方法与观测方向平行)

1)无源反射式位移测量雷达；

2)有源发射式位移测量雷达；

3)有源转发式位移测量雷达；

激光准直测量方法(位移方法与观测方向垂直)

1)基于硅光电二极管阵列的激光位移测量方法；

2)基于二维PSD的激光位移测量方法；

应用场景比较（旱桥/水桥）

微波雷达方法与激光位移测量方法互补；

微波雷达方法适合测量与观测方向平行方向的位移量；

激光位移测量方法适合测量与观测方向垂直方向的位移量

无源反射式位移测量雷达

参考文献：杨士中,一种微位移测量系统,CN200310113925.9,20031104

基本原理：连续波载波相位测量(CarrierPhaseMeasurement)

优点：电路简单，精度高成本低

缺点：距离近，不支持多点

有源发射式位移测量雷达

参考文献

杨士中等,一种大型建筑物的变形遥测技术,CN200810069777.8,20080530

王韬等,一种大型建筑物变形遥测技术中多址干扰抵消方法,CN201310223373.0,20130606

王韬等,多目标微变形分时遥测方法与系统,CN201410218489.X,20140522

基本原理

参考文献

王韬等,一种多点位移同时测量方法,CN201510201199.9,20150424

王韬等,一种通用型微变形中频信标机,CN201510407767.0,20151014

基本原理

优点：支持多点测量分辨率高

缺点：各测点需要线缆连接

有源转发式位移测量雷达

参考文献：杨士中,远距离微位移测量系统,CN201310067245.1,20130222

基本原理

优点：精度高；作用距离远

缺点：电路实现复杂，成本高

专利技术：王韬等,一种多目标微变形实时遥测方法与系统,CN201410477613.4,20140918

基本原理：频分多址FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccess)思想

优点：支持多点测量；远距离；各测点完全独立分辨率高（即使测点位置重合，雷达也能区分）；

一维激光位移测量系统

专利技术：杨士中等,一种光学微位移测量系统；

基本原理

二维激光位移测量系统

专利技术：王韬等,一种二维多点激光位移测量系统,CN201710828498.4,20170914

基本原理

五、发展趋势

(1)多学科交叉多传感器融合

研制全天候、远距离、易安装、低成本、多测点、高精度、快采样、自动化、智能化的桥梁挠度监测系统；

(2)构建基于大数据、人工智能、云平台的监控网络对变形监测数据进行处理与分析，为领导决策提供参考；充分利用智能手机等移动终端实现随时随地在线监测；

(3)结合国家重大工程研究变形监测技术

微变形监测雷达技术的研究现状与发展趋势

王韬 重庆大学副教授

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