论文总字数：26747字

摘 要

地基雷达设备IBIS( Image by Interferometric Survey，IBIS)系统是由意大利IDS公司和佛罗伦萨大学经过6年合作研发的仪器，能够对目标物提供连续、全面的监测，是当今建筑物变形观测领域的一项新型监测设备，它使用微波信号对监测目标非接触式扫描测量，不同于常规的全站仪、水准仪、GPS等单点测量，其一个个的面状扫描单元具有很高的空间分辨率和监测精度，其将步进频率连续波技术和干涉测量技术相结合而构成地面微波干涉雷达系统，获取高精度、高分辨率的变形信息，实现对地面目标的静动态高精度监测。IBIS 系统分为两种型号，IBIS－S(Image By Interferometric Survey of Structures)与 IBIS－L(Image By Interferometric Survey of Landslides and slopes)。本文主要研究的是IBIS-S系统，IBIS-S主要用于对桥梁、建筑物、高塔等易发生微小变化的物体进行精确的监测，能够得到被测物每部分的位移变化量，分析建筑物或桥梁上每一个点的变形、振动情况。针对该系统在微变形监测领域的应用，主要研究内容和结论如下：

（1）本文首先介绍了IBIS-S系统设备的系统硬件配置、系统配置、软件的安装和配置、设备的工作原理、技术参数及软件使用操作；比较详细的描述了IBIS-S测量基本原理。

（2）研究中通过观测多功能微变测量反射器的精确位移量，用IBIS-S仪器测量，将其测量结果与游标卡尺测得的真实变形作对比，验证了IBIS-S测量精度在100米的范围内优于0.1mm。

（3） 研究中通过观测相同环境下，观测不同距离时多功能微变测量反射器的精确位移量，用IBIS-S仪器测量，将其测量结果与游标卡尺测得的真实变形作对比，探究测量目标物的距离远近对IBIS-S静态测量结果的影响。实验证实100米以内，测量精度优于0.1mm；在200米范围内，测量精度优于0.33mm；在300米范围内，测量精度优于0.54mm。

（4）研究IBIS-S在测量中存在的误差，仪器安置、数据计算转换和天气因素都对测量结果影响。在不同天气下实验测量结果受天气影响的误差，找到消除IBIS-S天气因素影响的方法，消除了大部分天气影响。测量目标物的环境对IBIS-S静态测量结果有一定影响，分别在陆地与水域环境下进行IBIS-S测量，得出陆地与水域不同的测量环境对IBIS-S仪器测量精度的影响。

关键词：地基雷达；IBIS-S；精度分析；误差分析。

Abstract

In this paper, the ground-based radar equipment IBIS-S (Image by Interferometric Survey, IBIS) system is the result of the company by the IDS and the University of Florence in Italy for six years research and development cooperation instruments, able to target to provide continuous and comprehensive monitoring.Ground-based radar (GB-radar) is today the building of a new type of deformation observation field monitoring equipment, which uses microwave signals to monitoring non-contact scanning measurement, unlike conventional total station, Level, GPS, etc. single-point measurement, the one planar scanning unit with high spatial resolution and monitoring accuracy, it will step frequency continuous wave technology and interferometric technique combines radar interferometry constitute terrestrial microwave systems, access to high-precision, high resolution deformation information, to achieve high precision static and dynamic ground targets monitored. IBIS system is divided into two models, IBIS-S (Image By Interferometric Survey of Structures) and IBIS-L (Image By Interferometric Survey of Landslides and slopes). This paper studies the IBIS-S systemIBIS-S is mainly used for small changes of objects prone bridges, buildings, towers, etc. accurate monitoring, changes in the measured amount of displacement can be obtained for each portion of the object, each point of the deformation of the analysis on a building or bridge, vibration. For the system in the field of micro-bridge deformation monitoring, the main research contents and conclusions are as follows:

1. This paper describes the system hardware configuration IBIS-S system equipment, system configuration, software works installation and configuration, equipment, technical data and software to operate; more detailed description of the IBIS-S basic principles of measurement.
2. Research multifunction slightly changed by observing the precise measurement of the amount of displacement of the reflector, measured by IBIS-S instrument, the measurement results will be measured with calipers real deformation for comparison to verify the IBIS-S measurement accuracy within 100 meters better than 0.1mm.
3. Research by observing the same environment, different distances when observing measurement accuracy multifunction slightly changed the amount of displacement of the reflector, measured by IBIS-S instrument, the measurement results will be measured with calipers real deformation for comparison, the measurement object of inquiry distance impact on IBIS-S static measurements. Experiments confirmed within 100 meters, measurement accuracy better than 0.1mm; within 200 meters range, measurement accuracy better than 0.33mm; within 300 meters range, measurement accuracy better than 0.54mm.

(4)Error, equipment placement, and weather data to calculate the conversion factors IBIS-S in measuring the presence of both the impact on the measurement results. In the experimental results under different weather weather affected by the error, find Elimination IBIS-S weather factors, eliminating most of the weather. Environmental measurement target of IBIS-S static measurement results have a certain influence, namely land and water in the environment IBIS-S measured the effects of different measurement environment obtained land and waters of the IBIS-S instrument measurement accuracy.

Keywords: ground-based radar; IBIS-S; precision analysis; error analysis.

摘要 II

Abstract Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内外研究现状 2

1.2.2 目前研究中存在的不足 2

1.3 研究的主要内容 3

第二章 地基雷达IBIS-S仪器系统 4

2.1 IBIS-S仪器简介 4

2.1.1 IBIS-S硬件组成 4

2.1.2 IBIS-S软件组成 6

2.1.3 IBIS-S仪器参数说明 7

2.2 IBIS-S测量理论 8

2.2.1 干涉测量技术 8

2.2.2 步进频率连续波技术 9

2.3 IBIS-S测量信号分析 11

2.4 本章小结 12

第三章 地基雷达IBIS-S性能测试 13

3.1 IBIS-S精度测试分析 13

3.1.1 实验A方案 13

3.1.2 实验A结果分析 14

3.2 距离对IBIS-S仪器精度的影响 15

3.2.1 实验B方案 15

3.2.2 实验B结果分析 16

3.3 天气对IBIS-S仪器精度的影响 19

3.3.1 实验C方案 19

3.3.2 实验C结果分析 20

3.4 水域陆地不同检测环境对IBIS-S仪器精度的影响 21

3.4.1 实验D方案 21

3.4.2 实验D结果分析 22

第四章 总结与工程建议 26

4.1 主要内容与总结 26

4.2 工程建议 26

致谢 27

参考文献 28

绪论

1.1 研究背景及意义

随着社会的发展,人们对大型高层建筑物的振动、变形的监测要求越来越高。而与此同时， 由于建筑物体积和高度的不断变大，传统的测量手段已经不能很好地满足变形监测的要求。近年来，微波干涉测量技术以其特有的“非接触性”与“实时性”等优势，逐步成为人们对大型、高层建筑物进行非接触式变形监测的手段之一。地面干涉雷达系统——微变形监测系统(IBIS)，采用步进频率－连续波、合成孔径雷达和干涉测量技术，能对地面目标做动态或静态监测，IBIS-S主要用于对桥梁、建筑物、高塔等易发生微小变化的物体进行精确的监测，能够得到被测物每部分的位移变化量，分析建筑物或桥梁上每一个点的变形、振动情况。

地基雷达 IBIS-S作为近来来出现的一种新型仪器，其测量模式对传统方式来说是一种全新的革命。在测量历史上，每一种新型设备的出现到人们的熟悉认可，成为测量标准，需要一个长期的验证过程，只有经历了实践的考验，才能真正的步入测量设备的大家庭。IBIS-S是一种基于微波干涉测量技术的变形监测仪器，适用于高层建筑和桥梁的微变形监测，完全不同于全站仪的激光测距、水准仪的水平视线、GPS的卫星信号，它是一种非接触的微波，通过电磁波的步进频率相位差，来确定位移量。IBIS-S使用的微波干涉技术以其的“非接触”和“实时性”等优势，逐步成为人们对大型、高层建筑物、桥梁等进行非接触式变形监测的手段之一^[4]，通过对一个面状单元的变形进行非接触式测量，得到整个监测空间范围内的变形结果。它采用步进频率连续波技术(SF-CW)和干涉测量技术，对比变形体变形前和变形后的两次采样所获得的电磁波的相位差异，获取目标区域雷达视线向一维距离域的形变信息，IBIS-S动态和静态变形测量精度分别达到了0.01mm和0.1mm，具有快速、高精度、大范围、非接触测量的优势，用于大中型桥梁的变形监测非常适合。相比于精密水准、全站仪和GPS等传统大地测量形变监测方法，该技术不需要与观测目标区域有直接接触，受云雾阴雨等气象条件、恶劣环境的影响较小，并且在时域和空域均具有较高的采样率，在桥梁等线形目标的形变监测中有很好的应用前景。因此，本文研究具有十分重要的学术价值。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外研究现状

1980 年，全世界的第一台天线阵雷达在意大利 IDS 公司诞生，从而引发了世界雷达界对于更高分辨率以及探测速度更快的雷达技术革命；经过二十多年的发展，IDS 公司已成为目前世界上技术方面最先进的探地雷达生产厂家之一，在天线屏蔽技术、天线阵技术、雷达处理软件等众多方面远远领先于其它的雷达产品。

近年来，微波干涉测量技术以其的“非接触”和“实时性”等优势，逐步成为人们对大型、高层建筑物、桥梁等进行非接触式变形监测的手段之一。IBIS-S(意大利IDS公司与佛罗伦萨大学生产)是使用该技术的一种微变形监测仪器，通过对一个面状单元的变形进行非接触式测量，得到整个监测空间范围内的变形结果。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：26747字