CN119452228A 结构位移估算方法及其系统 （韩国科学技术院）

2024.12.27PCT/KR2022/0188782022.11.25WO2023/243788KO2023.12.21一种结构位移估算方法由运行在计算装置动化初始校准可以分别从直接安装在结构处的算用于从针对所述最佳目标的在视线方向上的位移转换为在实际振动方向上的位移的最终转换因子，并且结构位移监测可以通过基于FIR滤波器融合经由将所述最终转换因子应用于从所述最佳目标的雷达测量值提取的相位而获得的基于雷达的位移与经由对所述加速度计测量值计算最终位移，从而提高所述结构位移的准确2结构位移监测步骤，所述结构位移监测步骤被配置为通过基于FIR滤波器融合以下两位而获得的基于雷达的位移与经由对来自所述加速度计的测量值进行双重积分而获得的2.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中使用所述雷达的测量和使用所述加3.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中使用所述雷达的所述测量和使用所4.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述雷达和所述加速度计以彼此紧邻的方式安装在所述结构的所述位移测量点处并使用所述雷达测量所述多个候选目标中的每一个在所述位移测量点的所述视线方向通过将多个转换因子值应用于所述多个候选目标中的每一个的所述初始位移来计算计算针对所述多个候选目标中的每一个计算出的所述多个第一位移中的每一个与所自动计算被用于获得所述最佳目标的所述最小RSME值的转换因子作为所述最佳目标6.根据权利要求5所述的结构位移估算方法，其中所述多个转换因子值在0.5至2.0的7.根据权利要求1所述的结构位移估算方法，其中所述结构位移监测步骤是通过使用所述雷达和所述加速度计对在所述自动化初始校准步骤中自动确定的所述最佳目标定期通过使用所述雷达对所述最佳目标执行所述雷达测量来3当由于所述结构的所述位移测量点的所述位移大于所述雷达的雷达信号的波长而导使用不存在所述相位包裹问题的原始相位或由于所述相位包裹问题而导致的经解包通过将所述最终转换因子应用于在所述视线方向上的所述第三位移来计算在所述振通过使用有限脉冲响应(FIR)滤波器融合所述基于加速度的位移和所述基于雷达的位ix=2up-r-ux-2+(At)2ax-1来计算在第k个时间阶段预测位移和预测相位(e):以及找到在所述原始相位的±2pπ范围内(其中p为整数)且最接近所述预测相位的解包裹其中所述雷达为调频连续波雷达信号(FMCW)毫米波雷达，直接安装在结构的位移测量点处的雷达，所述雷达被配置为朝向不改加速度计，所述加速度计安装在所述结构的所述位移测4构位移监测功能配置为通过基于FIR滤波器融合以下两种位移，即经由将所述最终转换因子应用于从所述最佳目标的所述雷达的测量值提取的相位而获得的基于雷达的位移与经计算机程序，所述计算机程序被写入以执行所15.根据权利要求13所述的结构位移估算系统，其中当由于所述结构的所述位移测量使用所述雷达测量所述多个候选目标中的每一个在所述位移测量点的所述视线方向通过将多个转换因子值应用于所述多个候选目标中每一个的所述初始位移来计算在通过对所述加速度进行双重积分来计算第二位计算对所述多个候选目标中的每一个计算出的基于雷达的多个第一位移中的每一个自动计算被用于获得所述最佳目标的所述最小RSME值的转换因子作为所述最佳目标通过使用所述雷达对所述最佳目标执行雷达测量来提取原始相当由于所述结构的所述位移测量点的位移大于所述雷达信号的波长而导致在所述原使用不存在所述相位包裹问题的原始相位或由于所述相位包裹问题而导致的经解包5通过将所述最终转换因子应用于在所述视线方向上的所述第三位移来计算在振动方通过使用有限脉冲响应(FIR)滤波器融合所述基于加速度的位移和所述基于雷达的位通过对所述基于雷达的位移执行低通滤波来获得基于雷达的低频位及通过融合所述基于雷达的低频位移和所述基于加速度的高频位移来计算所述最终位20.一种计算机可读记录介质，其记录计算机可执行6的结构位移测量点处安装雷达和加速度计并且融合测量值以便估算在所需点处的位移来目标，并且需要初始校准来估算最终转换因子以用于从在雷达和目标之间的视线方向7装在待测结构中的加速度计和雷达传感器的信息来提高位际振动方向上的位移的最终转换因子。结构位移监测步骤可以被配置为通过基于FIR滤波器融合经由将最终转换因子应用于从最佳目标的雷达测量值提取的相位而获得的基于雷达的位移与经由对来自加速度计的测量值进行双重积分而获得的基于加速度计的位移来以获得最佳目标的最小RSME值的转换因子作为最佳目标的最终和加速度计针对在自动化初始校准步骤中自动确定的最佳目标定期执行位移测量来定期8三位移来计算在振动方向上的基于雷达的位移，以及通过使用有限脉冲响应(FIR)滤波器来计算在第k个时间步的预测位移(ik)和预测相位(Dir);以及通过方程[0019]在一个实施例中，最终位移可以使用公式计算(CH：双重积分和L[0021]根据另一个实施例的一种结构位移估算系统包括直接安装在结构的位移测量点行自动化初始校准功能，自动化初始校准功能被配置为分别从雷达和加速度计收集测量行结构位移监测功能，结构位移监测功能被配置为通过基于FIR滤波器融合经由将最终转换因子应用于从最佳目标的来自雷达的测量值提取的相位而获得的基于雷达的位移与经结构处测量的加速度选择最接近预测相位的解包9计测量位移测量点的加速度的功能，通过对加速度进行双重积分来计算第二位移的功能，计算针对多个候选目标中的每一个计算出的多个基于雷达的第一位移中的每一个与第二有限脉冲响应(FIR)滤波器融合基于加速度的位移和基于雷达的位移来计算最终位移的功[0030]图1示意性地示出了一个实施例，其中根据本发明的实施例的结构位移估算系统[0032]图3的(A)和(B)分别示出了包括在图1的结构位移估算系统中的雷达20的信号波[0034]图5是详细说明包括在图4的估算结构位移的方法中的自动化初始校准步骤的流[0036]图7是示出应用于图4的估算结构位移的方法的加速度计30辅助相位解包裹算法[0037]图8的(A)和(B)是分别示出在图4的估算结构的位移的方法中的自动确定最佳目[0050]图1示意性地示出了一个实施例，其中根据本发明的实施例的结构位移估算系统[0053]雷达20可以直接安装在结构10的位移测量点P处，朝向不改变位置的多个候选目标t1......tn发射雷达20信号并且接收从多个候选目标反射的反[0054]加速度计30可以安装在结构10的位移测量点P处并且测量在结构10的位移测量点加速度计30。位移估算器50可以被配置为通过提供从雷达20提供的雷达测量数据(通过雷达对从结构10反射的发射信号进行处理而获得)以及由加速度计30通过通信提供的结构10速度选择最接近预测相位的解包裹相位来估算针对最佳目标A在位移测量点D视线方向上的位移转换为在实际振动方向D上的位移的最终合经由将最终转换因子B应用于从来自雷达20的最佳目标A的测量值提取的相位而获得的基于雷达的位移与经由对来自加速度计30的测量值进行双重积分而获得的基于加速度计候选目标中的每一个计算出的基于雷达的所述多个第一位移中的每一个与所述第二位移之间的RMSE，并且确定在计算出的RMSE值中的最小值作为候选目标的最小RMSE值的功能，自动确定具有为多个候选目标中的每一个确定的多个最小RMSE值中的最小的最小RMSE值转换因子作为最佳目标A的最终转换因子B[0060]结构位移监测功能可以包括如下功能：通过使用雷达20执行最佳目标A的雷达20转换因子B应用于在视线方向上的第三位移来计算在振动方向上的基于雷达的位移的功能，以及通过使用有限脉冲响应(FIR)滤波器融合基于加速度的位移和基于雷达的位移来[0063]图2是图1的部分A的放大视图，图3的(A)和(B)分别示出了包括在图1的结构位移式2和等式3来详细描述Δt。[0070]在FMCW雷达20与目标之间的距离可以包括在位移测量点的视线方向D上的位移信动方向可能不同。可能需要转换因子来将结构10的视线方向D上的位移转换为实际(振动)[0071]下面将参考图5来详细描述选择最佳目标A并且估算最终转换因子B的初始校准步[0083]通过组合等式1和等式4，针对单个目标的在位移D测量点的视线方向上的位移可[0086]用于估算在位移测量点的视线方向D上的位移的反射信号22和互调频率信号可以和Δtm分别表示包括在多个候选目标t1......tn中的总[0090]多个候选目标t1......tn与雷达20之间的距离D可以被分别转换为IF音调(IF往返时间Δt可以与距离成比例地延迟，并且可以获得与时间延迟一样多的由若干音调组[0096]自动化初始校准步骤(S100)可以分别从直接安装在结构10的位移测量点处的雷换为实际振动方向u上的位移的最终转换因[0097]自动化初始校准步骤(S100)可以通过最初在预定时间内(例如，少于一分钟的短[0099]此外，由于雷达20与最佳目标A之间的距离为在位移测量点的视线方向D上的位移，有必要将在视线方向D上的位移转换为引起结构10位移的在实际振动方向u上的位移。估算方法2000可以在自动化初始校准步骤(S100)中自动计算最终转换[0100]通过在自动化初始校准步骤(S100)中使用雷达20和加速度计30来定期执行位移即经由将最终转换因子B应用于从来自最佳目标A的雷达20测量值提取的相位而获得的基于雷达的位移与经由对来自加速度计30的测量进行双重积分而获得的基于加速度计的位[0102]结构位移监测步骤(S200)可以获得在从自动选择的最佳目标A的雷达20测量值提测量点P的振动方向上的基于雷达的位移，并且可以通过对由加速度计30收集的测量值进行低通滤波的基于雷达的低频位移与对基于加速度的位移进行高通滤波的基于加速度的高频位移，可以计算出比仅使用雷达20或加速度计30估算的位移的准确性更高的最终位[0103]图5是详细说明包括在图4的估算结构位移的方法中的自动化初始校准步骤的流[0104]参考图5，自动化初始校准(S100)可以包括雷达20测量和加速度计30测量中的每一个和通过将转换因子β值应用于雷达20的测量值来计算多个第一位移的步骤(S110，[0106]可以使用雷达20测量多个候选目标t1......间内在同一测量点测量加速度(S115)。使用雷达20和加速度计30的位移测量可以独立执(图8的β)的初始值设置为预定的大小。还可以设置转换因子β的可变范围。在一个实施例度计30的测量可以在小于一分钟内执行。最多一分钟的测量足以收集数据以执行初始校子β值应用于初始位移来计算在振动方向上的多个第一位移(S122)并且可以通过对加速度[0112]可以使用雷达20测量多个候选目标t1......多个候选目标t1......tn中每一个计算出的多个第一位移中的每一个与第二位移之间的有为多个候选目标中每一个确定的多个最小RMSE值中最小的最小RMSE值的候选目标作为[0117]图8的(A)和(B)的视图分别示出了图4估算结构位移的方法中自动确定最佳目标[0118]参考图8的(A)，可以通过逐渐增加转换因子β来计算在第一和第二位移的每一个[0119]可为多个候选目标中的每一个，计算经由将多个转换因子β值应用于使用雷达20测量的初始位移而计算出的第一位移与经由对加速度30的测量值进行双重积分而计算出[0122]具体地，可以针对随机选择的目标1计算在上述基于雷达20的位移和基于加速度[0123]在这种情况下，可以通过将转换因子β从初始值0.5逐渐增加至2来重复地执行[0125]1用于为目标1t1找到对应于最小RMSEE值的转换因子β值的上述操作，可以为多来自动确定对应于其中最小的最小RMSEE值的目标作为最佳目标(图5的A，图8的(B)的最度30的辅助解包裹算法来选择由相位解包裹处理获得的解包裹相位作为实际相位(S212)。解包裹相位来计算在视线方向上的第三位移(S214)，并且可以将在自动化初始校准步骤(S100)中获得的最终转换因子B应用于计算出的第三位移来获得在位移测量点的振动方向[0134]在通过对由加速度计30测量的加速度进行双重积分来计算出基于加速度的位移(S220)之后，可以通过基于FIR滤波器融合基于雷达的位移和基于加速度的位移来计算最[0135]结构位移监测(S200)可以按固定间隔来估算结构10的结构位移，以监测其稳定[0136]图7是示出应用于图4的估算结构位移的方法的加速度计30辅助相位解包裹算法[0137]如图1所示，雷达20向目标发射频率调制信号，并且随后接收来自目标的反射信[0138]参考图7，无论雷达20与目标之间的距离增加多少，对应于距离变化的相位变化(),同时存在于原始相位(pk)的±2pπ范围内的解包裹相位(DX)。[0151]使用如上所述的加速度信息，即使由于振动而发生大于雷达20的波长的结构位合基于雷达20的低频位移和基于加速度的高频位移来计算最终位移(S23[0154]如上文参考图7所述，基于雷达20的位移和基于加速度计30的位移可以包括噪声应用最终转换因子B来获得基于雷达20的位移，并且可以通过低通滤波来获得基于雷达20[0163]图10至图19示出了根据本发明的实施例的结构位移估算方法以及使用该方法的术位移是在随机选择目标并且使用雷达20与目标之间的几何关系获得转换因子β2之后进最终转换因子的结果以及通过应用最终转换因子估算的是解包裹算法的计算结果和通过应用解包裹算法估算用加速度计30的辅助解包裹算法对包裹相位进行解包裹来减少位移估算误差。如图15的[0175]图16是用于模拟由行人行走所造成的结构的配置布局，图17的(A)示出了自动化[0181]根据本发明的上述实施例的结构位移估算方法可以是以程序指令的形式实施的[0182]用于实施根据实施例的结构位移估算方法1000和结构位移估算方法2000的计算