层积云背景下量子干涉雷达最优平均光子数自适应策略

量子干涉雷达(Quantum Interference Radar,QIR)是以量子力学为基础,利用量子纠缠效应进行目标探测的一种新型雷达体制,QIR探测光子数的变化会对雷达分辨率和系统生存函数产生影响。为了降低层积云液态水含量对QIR探测性能的影响,提出了基于诱骗态量子密钥协议的最优平均光子数自适应(Photon Number Adaptive,PNA)调整策略。建立了层积云液态水含量、传输距离与最优平均光子数之间的关系,对自适应调整前后的QIR分辨率和信道生存函数进行了比较。理论分析和仿真结果表明,当脉冲信号波长一定,层积云粒子浓度为1.579×10^(4)cm^(-3),层积云液态水含量为0.5 g/cm3时,采用PNA策略之后,QIR角度分辨率值由1.289下降至1.028,QIR系统角度分辨率和空间分辨率均得到有效提高;当层积云液态水含量为0.1034 g/cm^(3)时,采用PNA策略之后,信道生存函数由0.2292提高到0.4167。因此,通过PNA策略自适应地调整系统发送端信号脉冲所含的平均光子数,能够提高QIR在层积云背景下探测的可靠性。

基于地基干涉雷达的含水土质边坡变形监测研究

基于地基干涉雷达开展含水土质边坡变形监测是降低滑坡地质灾害发生、防止二次埋压险情发生、保障应急救援现场人员生命安全的有效手段.应用自研的便携式边坡雷达系统,在论述系统信号模型和相关技术的基础上,将雷达监测精度指标分解为精密度和准确度,提出精度测定流程并通过实验验证了系统高频变形监测能力及亚毫米级监测精度,进而开展含水土质边坡滑坡模拟试验,通过不同历时节点下坡体表面变形与降水量综合分析说明了本次含水土质边坡表面变形监测曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性,在云南省洱源县滑坡隐患点进行监测应用,结合不同地层深度含水率数据分析边坡变形态势.研究结果可为含水土质边坡安全监测预警系统的研发优化提供有力支撑.

微型地基干涉雷达变形数据后续处理

基于笔者所在单位研制的微型地基干涉雷达,结合微型地基高速实孔径干涉雷达获取的重庆赖家桥大桥变形数据实例,本文对变形数据后续处理方法进行了研究。针对变形数据中存在的噪声及由于遮挡等原因造成的相位断裂问题,提出了处理方法并进行解决;针对噪声问题,对多种滤波器的去噪效果进行了仿真对比,小波变换滤波器效果最好;针对相位断裂问题,提出了一种基于变形数据时频特征的相位断裂探测与修复算法,实现了对相位断裂问题的自动化处理,效果显著。

基于微波干涉雷达的桥梁拉索基频快速识别方法研究及应用

针对微波干涉雷达现场识别桥梁拉索基频过程中存在操作繁琐、人机交互能力差等问题,基于微波干涉雷达测量拉索基频的原理,提出了一种可快速提取拉索位置参数的方法,运用指数平滑法、峰值检测法和自相关算法对雷达散射波形数据进行分析,自动提取拉索位置参数进行拉索基频的快速识别。采用该方法对2座大型斜拉桥斜拉索频率进行识别,并与采用加速度传感器法的拉索频率结果进行对比,结果表明:采用微波干涉雷达识别的拉索频率与加速度传感器法的实测频率相对偏差率在±1.5%以内,验证了该方法的可靠性;基于微波干涉雷达的桥梁拉索基频快速识别方法省时省力,可一次性快速获取多根拉索的位置参数并进行基频识别,自动化程度高。

基于地基干涉雷达的高速铁路桥梁运营性能检定

目前应用最广泛的高速铁路桥梁检定方法为位移计、加速度计等接触式传感器,但其难以大量铺设,且工作效率低,每类传感器只能完成单一测量任务。而地基干涉雷达系统发射功率小、信噪比高、安装灵活,测量精度可达亚毫米级,一次测量即可完成多项桥梁参数检定的任务。利用矢量网络分析仪构建发射步进频率连续波信号的地基干涉雷达系统,对盐通高速铁路沿线的32 m简支箱梁桥进行实验。高速铁路检测车由310 km/h逐级提速至385 km/h,雷达系统可准确测量桥梁跨中的动挠度,进而分析其动力系数、挠跨比、强振频率、自振频率及阻尼比等参数。将仿真结果和拉线式位移计的实测结果与地基干涉雷达的实测结果进行综合对比分析,证明地基干涉雷达在高铁桥梁运营性能检定应用中的准确性和有效性。

SFCW干涉雷达用于高铁车桥耦合振动监测的实验研究

传统的高铁车桥耦合振动监测手段为位移计、加速度计、倾角仪等接触式测量手段,存在安装困难、工作效率低等缺点。地基干涉雷达是非接触式测量手段,体积小、安装灵活,可作为传统监测手段的一种有效补充。基于矢量网络分析仪(vector network analyzer,VNA)搭建一套Ku频段的步进频连续波(stepped frequency continuous wave,SFCW)干涉雷达,与自主研发的Ka频段的调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)干涉雷达对比验证该系统微形变监测的可行性。实验对象为盐通高铁的32 m简支箱梁,实验用车为和谐号16节重联列车,运行速度为250 km/h。实验结果表明,两套雷达系统的动挠度测量结果相差0.013 mm,实测精度达亚毫米级。SFCW干涉雷达可以20 Hz的采样频率准确地测量桥梁的自振频率和强振频率,频谱测量精度达0.1 Hz,且SFCW干涉雷达的信噪比更高。

基于线弹性位错模型及干涉雷达同震形变场反演1997年玛尼Mw7.5级地震参数-Ⅰ.均匀滑动反演

1997年11月8日西藏玛尼Mw7.5级地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.Peltzer等认为该形变场体现了地壳的非线性弹性形变响应,挤压象限和拉张象限的杨氏模量比值为2.相同的情形并没有在其他地震同震形变场中发现,通常用线弹性理论就能够很好地解释观测数据.考虑到他们所用断层模型的简化程度和纯走滑约束等,本研究认为非线性弹性解释是牵强的.应用广泛使用的Okada线弹性位错模型,采用卫星观测得到的地表断层位置,去除倾滑为零的约束,基于非线性优化反演方法寻求拟合雷达观测的最佳断层几何参数和均匀滑动参数.结果表明,线弹性模型能够满意解释观测数据.断层在朝阳湖以东的段落最深达到16.5km,随着断层向两侧延伸,深度逐渐减小;反演得到的断层倾向和倾滑位移与野外调查一致;断层左旋走滑分量最大达到4.44m,同时倾滑分量在相同段达到了最大值1.1m,该量值不能忽略;反演得到的总地震矩为2.08×1020N.m,相当于矩阵级Mw7.5,与哈佛给出的2.23×1020N.m、Velasco等反演得到的1.8×1020N.m较接近.

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演

1997年11月8日西藏Mw7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0-12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10^20N.m，相当于矩震级Mw7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.

利用差分干涉雷达测量技术(D-InSAR)提取同震形变场

简要介绍了合成孔径雷达干涉测量技术、差分干涉雷达测量技术,并对干涉测量精度进行了简单讨论.以西藏玛尼地区为例,通过三通差分干涉处理,获取了玛尼地震同震形变场.结果表明:形变场长200 km、宽115 km.干涉条纹以北东东向发震断层——玛尔盖茶卡断层为中心分布,且基本与发震断层平行;通过对干涉形变图进行分析,发震断层可分为3段,其中西段长约23 km,中段长约60 km,东段长约26 km,整个发震断层共长110 km;震中附近最大隆起斜距向位移量为162.4 cm,断层西侧最大沉降斜距向位移量为103.6 cm,震中最大地面水平位错为7.96 m.

地基干涉雷达变形监测信号静杂波去除方法研究

简要介绍地基干涉雷达用于形变监测的基本原理,论述地基干涉雷达观测信号中静杂波的产生原因及其去除方法。结合地基干涉雷达系统IBIS-S与三维激光扫描仪Riegl VZ400线扫描模式的振动测量对比试验,说明地基干涉雷达静杂波对形变监测信号的影响及去除静杂波的必要性。

极化干涉雷达遥感机制及作用

极化干涉SAR是目前雷达遥感的前沿领域,它是集极化SAR和干涉SAR于一体的新型对地观测技术。通过对极化干涉的基本原理和物理机制、极化干涉SAR的数据处理及与常规于涉SAR数据处理的区别,以及极化干涉SAR当前的几个热点应用研究领域进行了阐述,对极化干涉SAR存在的问题也进行了讨论。

干涉雷达复图像配准与干涉纹图的增强

干涉雷达复图像之间的精确匹配技术是提高雷达干涉测量精度的关键之一。首先讨论了干涉雷达复图像配准过程中所要考虑的问题，然后给出了一个切实可行的配准方法，并把该方法应用于新疆喀拉卡什ＳＩＲ＿Ｃ／Ｘ＿ＳＡＲＬ波段干涉数据处理。干涉雷达复图像配准之后可以生成干涉纹图，为了消除干涉纹图中的噪声，尝试了中值滤波和方向平滑两种方法。

大气损耗对量子干涉雷达的影响机理

以马赫-曾德尔干涉仪作为基本模型对量子干涉雷达的探测原理进行分析,讨论了目标探测过程中光场量子态的具体演化情况,并采用宇称算符作为相位检测算符分析了量子干涉雷达的回波信号,将其与基于振幅检测的经典雷达回波信号进行比较,证明量子干涉雷达具有超越衍射极限的超分辨率特性.此外,针对大气损耗的进一步研究显示:量子干涉雷达分辨率受大气损耗影响较小,且可通过增大脉冲光子数N克服其影响;而量子干涉雷达的灵敏度则受到较大影响,尤其当两路光的损耗情况不同时,灵敏度随N的增加呈现先升高后降低的趋势;当两路光损耗情况相同时,系统灵敏度随N的增加而升高且正比于1/N^(1/2).综上,可根据探测光的大气损耗情况适当调节参考光的衰减来克服大气损耗带来的不良影响.

基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法

为提高大跨径斜拉桥索力测量的工作效率,提出了一种基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法,并将其测量结果与DaspBCF手持式索力测量仪和JMM-268接触式索力动测仪的索力测量结果进行了对比检验。该方法采用IBIS-S微波干涉雷达系统提取桥梁斜拉索动态位移信息,通过快速傅里叶变换对斜拉索位移信号进行频谱分析,获取斜拉索振动基频后基于振动频率法计算斜拉索索力。实桥试验结果表明:微波干涉雷达测量索力可同时测量多根索的动态信息,测量效率高;自下而上发射雷达波束的方法可有效规避噪声影响;该方法得到的索力与传统加速度计测得的索力相对误差在2.2%以内,测量结果可靠,并具有高效率、易操作的特点,具有很好的应用价值。

基于差分干涉雷达的汶川地震同震形变特点

地震同震形变场是认识震源机制、确定发震断裂、分析发震断裂活动方式、评估震害损失及揭示未来发震趋势的重要依据。但在龙门山地区复杂的自然环境中,现有的地震同震形变场获取方法(GPS测量、构造形迹分析、震源机制解结合数值模拟计算)难以快速、全面的捕捉到这种信息,这突显出差分干涉雷达技术(D-InSAR,Differential Interferometry SAR)在同震形变场研究中的优势。本文介绍了其观测原理,在地震同震形变监测中的研究现状,并重点分析了已获取的D-InSAR汶川地震同震形变场的观测结果。基于差分干涉雷达观测及相关资料,对龙门山断裂在本次地震中活动性进行了初步分析,结果表明干涉雷达形变图像与地表破裂范围、逆冲角度的变化、上下盘升降关系及大型余震的展布存在很强的相关性。

城市复杂地面沉降永久干涉雷达监测属性分类研究

城市地物覆盖类型复杂多样,空间变异性大,使得不区分地物类型的沉降监测难以准确反映多因素影响下的城市地面沉降特征。受到SAR影像空间分辨率的限制,以往利用PS-InSAR技术进行的地面沉降监测无法实现PS(永久散射体)监测点的属性分类。本文选取地面沉降严重、工程建设强度大的天津塘沽作为研究区,利用1m高空间分辨率的TerraSAR-X雷达影像,基于PS-InSAR技术,获取城市区域高密度的地面沉降永久干涉监测点,使用高精度航空影像辅助识别地物覆盖类型,结合现有城市地物分类体系标准、各类工程设施行业规范及地质灾害防治规范,进行PS监测点属性分类研究,并采用SAR层析技术校正高层建筑的PS监测点分类误差,实现城市小空间尺度内复杂多要素各类地物的地面沉降监测。在PS监测点属性分类的基础上,初步分析了不同地物类型的沉降特征,地貌土质类沉降速率最大,道路、交通设施、工矿设施等地物沉降速率较大,居民地和桥梁等地物类别的沉降速率最小。研究表明:(1)对于城市小空间尺度复杂多要素地物覆盖的特征,采用高分辨率PS-InSAR监测技术可以有效分离各类地物属性,分析不同属性地物沉降特性;(2)通过各类地物沉降特征的识别,可以进行更为合理的成因分析,准确评估地面沉降危害成因,为城市地面沉降监测、预警风险分析提供科学的依据。

ENVISAT/ASAR多角度干涉雷达数据山区DEM生成及精度分析(英文)

在地形起伏较大的山区用干涉SAR生成DEM时,合适的入射角是获取高精度DEM的重要参数之一。本文基于ENVISAT/ASAR多角度干涉雷达数据,SRTM90米分辨率的DEM以及1∶5万的数字化DEM数据,从定性和定量的角度比较和分析了干涉SAR在获取山区DEM时,入射角对DEM精度的具体影响。结果表明:对于ASAR的多入射角干涉雷达数据,在不同入射角条件下由于雷达叠掩和透视收缩的影响,获取的DEM精度差别很大,入射角带来的影响相当显著,比如IS2和IS4角度得到的DEM的精度差超过了6米。因此,在山区干涉SAR地形成图时,必须对入射角的大小进行严格的选择。

用SIR-C航天飞机双频极化干涉雷达估计植被高度的方法研究

基于重复轨道航天飞机SIR-C的L和C波段极化干涉雷达数据,提出了一种将三阶段反演方法(Three-Stage Inversion)和ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)算法相结合的新的相位基植被高度估计方法.首先,基于L波段极化干涉数据,用三阶段反演方法获取植被覆盖地表下地形有效散射中心的相位;接着,基于C波段极化干涉数据,用ESPRIT算法估计植被冠层有效散射中心的相位;最后,对二者的相位差进行相位到高度的转换得到植被的高度.根据研究区域的实测林相数据,对该算法估计的植被高度结果进行了比较和验证,结果表明:该方法具有足够高的植被高度估计精度,如果能得到P和X波段的双频极化干涉雷达数据,该方法估计植被高度的精度将会得到进一步的提高.

基于地基干涉雷达的大型桥梁动态挠度监测与分析

本文阐述了地基干涉雷达测量的基本原理,介绍了地基干涉雷达中集成的两项关键技术,分析了地基干涉雷达应用于大型桥梁动态挠度监测的优点,构建了测量形变值向挠度值转换的变换模型。结合IBIS-S型地基干涉雷达安庆长江铁路大桥监测实例,选取了热、估信噪比这两个指标分析了所采集数据的质量,并且结合数据的特点,在无载的情况下讨论了地基干涉雷达的测量精度。最后基于动载条件下的数据分析了桥梁动态挠度变化的特征规律。

干涉雷达在地学研究中的应用

近年来干涉雷达（ＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＳＡＲ，ＩＮＳＡＲ）已经成为合成孔径雷达（ＳＡＲ）对地观测技术研究的前沿热点之一，其应用领域正在迅速扩大。首先介绍了ＩＮＳＡＲ的基本原理，接着通过许多实例总结了ＩＮＳＡＲ在地学研究中的应用，最后，对未来星载ＩＮＳＡＲ系统作了介绍。