模态频率、跨中竖向位移等监测指标随运营环境作用的变化规律是结构健康监测的研究热点之一。本项目从周期性的角度系统研究了斜拉桥运营环境作用对模态频率、跨中竖向位移的影响规律，提出了分离不同作用效应的周期平均法，比较了不同作用效应的相对影响程度，揭示了温度、交通荷载对桥梁模态频率变化的影响机理，建立了斜拉桥跨中竖向位移随不同构件温度变化的简化分析模型，构建了桥梁运营期性能变化监测方法。研究表明：温度和交通荷载是引起背景桥梁频率变化的主要因素，它们的相对影响程度取决于周期。在年周期上，温度的影响大于交通荷载，而在周周期和天周期上，交通荷载的影响更为显著。因材料弹性模量随温度变化，温度升高会引起桥梁各阶频率降低。交通荷载与低阶频率呈现负相关关系，但与部分高阶频率呈现正相关关系，其机理可通过附加弹簧–质量系统做定性解释。斜拉桥由温度变化引起的跨中竖向位移主要受拉索温度和主梁平均温度的影响，拉索温度升高时跨中桥面下降，主梁平均温度升高时跨中桥面上升。因为拉索温度与主梁平均温度在不同时间尺度上的比例不同，所以跨中竖向位移与温度变化之间没有单调变化关系，其在年周期上的变化幅度与天周期相当。本项目提出的平面几何分析模型可初步估计斜拉桥跨中竖向位移随温度的变化。以上研究成果有助于加深对桥梁运营期行为规律的理解，提高结构健康监测系统在桥梁管理养护中的实用价值。 2100433B

根据模态频率变化评估桥梁性能是结构健康监测(Structural Health Monitoring, SHM)的常用方法之一。然而实测结果表明，由温度、交通荷载等运营环境作用引起的频率正常变化比由结构轻微损伤或退化引起的频率异常变化更大。为正确确定频率的异常变化，有必要研究桥梁运营环境作用对频率变化的影响规律，以便将频率的正常变化从总变化中分离出去。利用长达6年的实测数据，本项目从周期性的角度研究桥梁正常运营时作用与频率变化的相关性，比较作用的影响大小；通过理论推导、数值分析、模型实验研究作用对频率变化的影响机理，解释实测结果；结合多元回归分析和统计过程控制，提出基于“作用-频率”关系监测的结构异常判别方法；对比公路桥与铁路桥频率随作用变化规律的异同。研究成果能使根据模态频率变化评估桥梁性能真正成为可能。

能源对环境的影响城市大气污染

一次能源利用过程中，产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮化物、悬浮颗粒物及多种芳香烃化合物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染。大气污染不仅导致生态的破坏，而且危害人体健康。欧盟由于大气污染造成的材料损坏、农作物和森林以及人体健康损失费用每年超过100 亿美元。中国仅大气污染造成的损失每年高达120亿元人民币。如果计算一次能源开采、运输和加工过程中的其他问题，则损失更为严重。

能源对环境的影响温室效应

工业革命前，大气中的二氧化碳按体积计算是每100万大气单位中约有280个单位。之后，由于大量化石能源的燃烧，1988 年大气二氧化碳浓度已达到349个单位。如果大气中二氧化碳浓度增加1 倍， 全球平均表面温度将上升1.5~3℃ ，极地温度可能上升6～8℃。这样的温度可能导致海平面上升20～140 厘米，将对全球许多国家的经济、社会产生严重影响。

能源对环境的影响酸雨

燃烧化石能源而产生的大量二氧化硫和氮化物等污染物通过空气传播，可在一定条件下形成大面积酸雨。酸雨会改变覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统；改变湖泊水库的酸度，破坏水生生态系统；腐蚀材料和建筑物等，造成重大经济损失。酸雨还可导致地区气候改变，造成难以估量的后果。

能源对环境的影响核废料问题

人类发展核能技术，尽管对反应堆已有了一定的安全保障措施，但世界范围内的民用核能计划的实施， 已产生了上千吨的核废料。这些核废料的最终处理问题并没有完全解决，在数百年内仍将存在放射性危害。 2100433B

频率误差研究背景

虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，其主要技术构成是PC机加上特定仪器硬件和应用软件，形成既有传统仪器功能，同时又具备特殊功能的仪器，具有开放性和功能软件模块化等优点。通过软件实现对检测数据的显示、存储以及分析处理，大大缩小了仪器硬件的成本和体积。在TD-SCDMA系统中，频率误差是无线通信中比较重要的性能指标，存在频率误差的信号会影响到系统的正确解调。笔者提出了基于虚拟仪器的测量频率误差的方法，方便与其他测量算法一起构成一个综合的测试系统。该方法通过对接收信号解调、还原得到参考信号，利用参考信号和接收信号的相位误差的线性拟合求得频率误差。

频率误差TD - SCDMA信号的相位和频率误差

在Uu接口发射端的物理层，高层来的数据经过信道编码和复用后，进行数据调制。把2个连续的二进制比特映射成一个复数值的数据符号，映射关系如表1所示。

在复值映射后，复值数据符号被扩频和加扰，加上训练序列成帧。这样就产生了码片数率的复值数据流。为了消除码间串扰，数据流中的每一个复值码片的实部和虚部分离后经过脉冲成形滤波，最后进行QPSK调制发射。频率误差指的是发射机和接收机用于调制的载波频率之间的误差。

频率误差分析数据的选取

为了准确地比较发射信号和接收信号，可以将发射端和接收端的训练序列作为分析对象。因为在接收端能够确定发射端的训练序列，而对于数据区的数据，其准确性有待于正确的解调。在接收端，可以直接获得经过调制的训练序列的矢量，但是并不能直接用它来与接收信号的训练序列对比。因为RRC滤波不能完全消除码间串扰，会使得训练序列中含有数据区的信息，所以要在接收端得到训练序列的时候也需要考虑发射端数据的影响。在接收机处，利用训练序列同步之后，直接解调数据区得到原始比特，然后让这些比特再经过整个发射过程得到理想的发射信号T′。在这个过程中，可以认为上下变频的过程是理想的，不会对信号产生影响，只考虑发射机和接收机本身的频率误差。因此这个过程包括解调到比特，再从比特调制到复值信号后就是T′。这个过程叫做信号还原，如图2所示。对比144B的还原信号训练序列和接收信号训练序列的星座图，可得到相位误差序列。 2100433B

正交频分多路(OFDM)作为一种传输数据的有效方法越来越受到重视，在许多领域得到了应用，如数字声音广播、数字电视、移动通信等等。与传统单载波系统相比，OFDM系统中，由于数据分成许多子信道，大大降低了载频上数据传输的速率，这样，每个子信道上可以近似地用平坦传输函数和加性高斯噪声表示，因此不容易受信道扩散的影响。尽管如此，与单载波系统相比，OFDM系统对同步误差非常敏感，同步误差包括载波频率误差、定时误差和采样频率误差，只有当发射机和接收机之间较好的同步时，才能保证每个子信道之间的独立性。

文献 中分析了载波频率误差对系统性能的影响，研究表明，载波频偏引起OFDM系统的性能恶化随子载波数目增加和输入信噪比增大而加剧。文献中提出了基于导频的频率估计方法，文献中利用最大似然估计方法进行频率估计，定时误差导致子载波产生相移，当定时误差超过循环前缀时会产生码间干扰，文献分别提出基于导音符号和基于最大似然估计的定时同步算法。尽管有许多关于频率和定时误差估计的研究，但人们往往忽略了采样频率误差对系统的影响。因此，本文主要讨论OFDM系统中采样频率误差对系统的影响，并提出一种基于导音符号的采样频率误差估计方法。

频率误差系统描述

由N路子载波组成的OFDM系统模型如图1所示。发射机中，OFDM系统的频率间隔为1/T=1/(NTs)。其中:T为一个OFDM的符号周期；Ts为采样周期。一个OFDM符号由N个正交幅度调制(QAM)或者相移键控方式调制(PSK)的符号组成。第m个OFDM符号经串并变换后，形成N路数据，IFFT在周期T内对这N路数据{a_m(n)|n=0，1，…，N-1}进行处理，然后经并/串变换、D/A转换和低通滤波以后，形成OFDM信号的复包络，最后经上变频发射出去(为分析方便，假设低通滤波器和信道响应均为理想状况)。

频率误差采样频偏对系统性能影响的分析

在时域上，FFT处理表现为FFT窗口的位置根据每个OFDM符号而移动，如果有采样频偏，于是对于第k路输出，连续的两个OFDM符号的数据之间在星座图上产生了一个附加的相位偏移θk=2πk·Δf/fs。由于这个附加相移与子载波指示数成正比，高指示数的子载波产生的相移大于低指示数，经过许多OFDM符合传输以后，这种相位偏移能累计起来，在数据解码时产生错误。例如，系统总共有1001个子载波，Δf/f=10-5，则子载波1中，两个连续OFDM符号之间的附加相移为：2π×1×10-5=0.0026°；对于第500路子载波，相位偏移将达1.8°，于是在传输中，第1个OFDM符号和第101个OFDM符号在FFT输出的第500路子载波上，附加的相位偏移将达180°。这样在接收的星座图上产生了一个与发射星座图上不同的错误星座点，由于子载波之间的最大相移与系统子载波的数目成正比，如果一个OFDM系统具有长的信道冲激响应(如数字电视)，需要很多的子载波，采样频率误差会给系统带来问题。

频率误差研究结论

分析了采样频率偏差对系统性能的影响。研究表明，在相同的频率采样频偏情况下，系统输入信噪比增大，输出性能恶化加剧，当输入信噪比一定时，随着采样频偏增大，输出性能恶化增大，当输入信噪比较小时，这种变化更为明显。采样频率偏差引起的附加的相移与子载波指示数和采样偏差成正比，采样频偏引起的附加相位增大，性能恶化加剧，对于具有长的信道冲激响应(如数字电视)的OFDM系统，需要很多子载波，采样频率误差会给系统带来问题，为了避免信噪比的严重恶化，必须尽可能地提高采样频率偏差估计精度，减小采样频率偏差。最后，通过连续重发两个相同的OFDM符号，应用最大似然估计方法确定采样频偏，经分析计算表明，该方法具有实现简单、偏差估计精确的特点。