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GPS定位技术在结构振动监测中的理论与方法研究
| 论文题名： | GPS定位技术在结构振动监测中的理论与方法研究 |
| 关键词： | 定位技术;振动监测;传感器;多路径误差;监测系统;优化布置;粒子滤波算法;广义遗传算法;布设方法;信号;缩聚;数值模拟;理论研究;介质;介电常数;结构健康;健康监测;建筑材料;非对角元;反射 |
| 摘要： | 将GPS技术用于大型结构振动监测是土木工程领域近年来一个新的研究热点。本文以国内外GPS监测理论研究和工程应用过程中的一些关键技术问题为出发点，开展了较为系统的理论和实验研究，主要取得的成果包括： 1.对GPS多路径误差进行了理论研究，并以GPS载波相位测量为例对多路径误差进行了数值模拟。结果表明：卫星信号的入射角、载波波长、反射介质的反射系数和接收机天线到反射面的水平距离是影响多路径误差的主要因素。开展了基于粒子滤波算法在GPS多路径消噪中的应用研究，数值算例表明，改进的粒子滤波算法能有效地消除多路径信号中的高斯噪声。 2.根据介质的介电常数变化范围，选择了具有代表性的建筑材料作为介质进行了介电常数测试试验，确定出了五种材料作为GPS多路径误差试验的反射介质，对比了不同GPS传输方式的优缺点，设计了几种GPS监测系统常用的布设方法。建立了一套完整的GPS多路径信号模拟与监测系统，进行了对GPS信号的影响规律试验研究，总结出了常见建筑材料对GPS信号的影响规律。 3.开展了传感器优化布设方法研究，以广州新电视塔为研究对象，进行了加速度传感器优化布置研究。采用模型缩聚将副自由度缩聚掉的新思路，对比研究了Guyan法、Kuhar法、ⅠRS法以及ⅡRS法的缩聚效果，得到了缩聚后的简化模型；分析了基于二重结构编码的广义遗传算法在电视塔传感器优化布置中的实施过程，进行了控制参数分析，给出了传感器的优化布置方案。此外，提出一种基于多重优化策略的传感器分步布设方法，首先基于列主元0R分解得到传感器的初始布设位置；然后以模态置信度矩阵的最大非对角元为目标函数，并同时考虑非对角元均值的变化幅度，确定出所需传感器的数量；最后通过广义遗传算法优化出传感器的布设位置。 4.参与开发了大型结构健康监测软件“结构健康监测V1.3”，通过LabVIEW中的MATLAB Script节点调用MATLAB程序，将RDT-ARMA、NExT-ARMA、NexT-ITD、NexT-STD、NExT-CEM嵌入到系统中，完善了软件中模态参数识别的功能。 5.对某一悬索桥设计了一个初步的GPS振动监测系统，给出了监测系统的数据采集、传输、存储方案，以及测点的选择原则与布设方案等，成功监测了环境激励下桥面动态位移，模态分析结果与有限元数值模拟结果吻合较好。 |
| 作者： | 伊廷华 |
| 专业： | 建筑结构抗风 |
| 导师： | 顾明;李宏男 |
| 授予学位： | 博士后 |
| 授予学位单位： | 同济大学(上海) |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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