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火灾下门式钢刚架三维变形监测研究

建筑火灾倒塌严重威胁人员的生命安全,地基干涉雷达可用于火灾下门式钢刚架微变形监测预警,但雷达仅能获取目标视线方向的形变,难以满足预警模型多维度数据需求,需对建筑结构目标三维变形监测进行研究。本文在论述微波信号模型的基础上,提出一种基于分布式目标成像信息的雷达等效相位中心估算方法,实现目标三维变换矩阵迭代优化,进而开展缩尺双跨门式钢刚架火灾试验,获取局部坐标系下结构目标三维变形分量,并与传统拉线式位移计监测结果进行对比。试验结果表明:多台地基干涉雷达组合监测可在真实火场下有效获取结构目标的三维变形分量,监测结果符合既有门式钢刚架结构的受火变形规律,可为火灾下建筑倒塌预警提供有效数据支持。

干涉仪对频分正交MIMO雷达的测向性能分析

频分正交MIMO雷达的空间合成信号脉冲具有时变包络和空时耦合特性,为主动对抗无源电子侦察系统的测向提供了新的可能。本文针对相位干涉仪测向系统分析了电子侦察系统对频分正交MIMO雷达的测向误差。首先建立远场侦察接收机MIMO雷达合成信号模型,分析其时变包络特性和相位波前畸变特性及其对测向性能的影响,并提出一种通过初相调制来增大干涉仪测向误差的可行路径。仿真结果表明,相位波前畸变区和瞬时信噪比影响的干涉仪DOA估计误差主导性区域不同。利用MIMO雷达阵元相位调制可操控包络起伏特性,改变合成信号峰均比(PAR)从而增大抗截获性能。在干涉仪分析窗内,与相控阵雷达合成信号相比,当侦察接收机先验位置已知时,MIMO雷达合成信号功率可下降25 dB左右,而距离未知时也可下降10 dB左右,因此MIMO雷达能在一定程度上增大干涉仪的测向误差。

基于FL型地基雷达干涉测量技术的桥梁变形监测研究

地基雷达干涉测量技术可以在非接触状态下监测特大尺寸线状建(构)筑物的整体运营状态,且测量精度达到亚毫米级,是桥梁健康监测的重要手段。文中采用该技术FL模式监测特大跨径桥梁,获取全天候24 h桥梁形变演化数据,研究外界因素变化对桥梁变形规律的影响。结果表明,在自然环境中,桥梁变形与温度、气压呈负相关,与风速呈正相关,温度变化约1℃发生最大变形为11.44 mm。试验数据表明,自然状态下,变形最大值发生在边跨,而不是发生在跨中,是理论设计与复杂环境共同作用的结果。实测数据显示,地基雷达干涉测量系统可快速检测桥梁结构弯曲模态,尤其适合于大跨度桥梁体系在灾害后的紧急状态监测。

分布式散射体雷达干涉相位信息处理方法研究

时序合成孔径雷达干涉测量(time series interferometric synthetic aperture radar,TSInSAR)技术,凭借其全天时、全天候、高分辨率、广覆盖的优势,在形变监测领域展现出极大的发展潜力。然而,永久性散射体(persistent scatterer,PS)在没有典型地物的山区、荒原等非人工地表区域分布十分稀疏,致使其无法有效获取地表形变信息。针对以上问题,论文开展了基于分布式散射体(distributed scatterer,DS)的TSInSAR技术研究,并对其相位信息处理方法的优化策略展开详细研究,以提高形变场信息反演的丰富度及监测精度。主要研究成果如下。

地基干涉雷达在爆破应急监测中的应用

分析地基干涉雷达的技术原理及技术优势,并结合工程实践,从地基干涉雷达测站选址、数据获取方案和数据处理等环节进行研究,制定完整的应急监测方案。以某地工程建设中的施工爆破场景为例,爆破点位于加固边坡的中心位置,使用地基干涉雷达进行应急监测并使用时序数据处理方法获取形变信息,以验证所提出应急监测方案的可行性和数据处理的可靠性。结果表明,爆破对支护好的工程体影响较小,形变量在1.5 mm以内;爆破发生后中心附近位置形变量急剧增加,监测时段内最大可达103 mm。研究结果表明,地基干涉雷达能够有效监测爆破对周边施工场景的影响,可以为施工作业和工程体风险排查提供有力支撑。

基于PS-InSAR干涉测量技术的高铁工程沉降监测研究

以永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术为基础,探讨高铁工程沉降监测的新方法。通过对合成孔径雷达卫星数据进行干涉处理,实现对高铁地表沉降的监测。先探测高铁工程沉降路段PS点,再进行模型构建。结果显示,实验选取的高铁运行路段中,靠近桥梁部分沉降最为严重,达到-23 mm/a,并且L1高铁路段靠近铁路部分沉降率高,最高达-16 mm/a,L2靠近桥梁的部分,沉降速率最高达-24 mm/a。研究结论显示,PS-InSAR技术能够精确地识别和评估高铁工程中的沉降风险,为确保高铁网络的安全运行提供了重要的技术支持。此项研究能为我国高铁网络的安全性和可靠性作出贡献。

利用激光雷达技术和InSAR技术分析高边坡变形机理与稳定性

高边坡易发生各类变形与滑坡灾害,对周边环境和人员安全构成威胁。本文针对高边坡变形机理与稳定性这一关键科学问题,采用遥感监测与数值模拟相结合的方法。通过激光雷达和InSAR技术获取高边坡高精度的三维变形信息,通过统计分析变形特征,解析渗变变形和坍塌变形的机理,并明确不同变形类型的空间分布规律。室内试验确定边坡力学参数,建立变形耦合模型,模拟边坡在不同条件下的变形过程,评价边坡的整体稳定状态。研究实现了过程监测与预测的有效结合,能支持边坡变形机理解析、稳定性分析和风险评估。

雷达干涉测量技术用于高速公路沿线地质灾害监测的研究

通过论证雷达干涉测量技术用于高速公路沿线地质灾害监测的所处研究领域或目标市场和细分领域,依托工程情况、现有的工作基础和条件;在科研领域、目标市场和细分领域对标行业一流水平技术指标、经济指标等情况;分析了主要研究需求内容、创新点,主要技术性能或参数指标,经济性指标;推广应用所需技术配套条件、项目条件及政策条件,进行应用前景分析。

桥梁动态检测中地面干涉雷达技术应用

随着我国大量的基础设施建设,社会处于高速发展的阶段,尤其是公路桥梁的建设,不断的深化进行,对提升人们的出行水平和生活质量。我国地域面积比较大,山川、河谷、沟壑交错分布,这些特殊的地形条件就决定了必须进行桥梁的建设才能满足通行的标准要求。与此同时,很多桥梁投入运用后,由于受到自然环境、车辆荷载的持续性作用,造成结构受到较大的影响,具体的表现就是结构损坏,安全性无法满足要求。因此,对于桥梁工程的安全性、使用寿命展开评价有重要价值。在目前公路桥梁的动态化检测中,地面干涉雷达技术应用效果明显,可以掌握桥梁运行的各项数据,对于我国公路桥梁建设的进行奠定基础。

阵列干涉激光雷达点云滤波在输电线路路径中的应用

输电线路通常需要穿越各种的复杂地貌,导致输电线路路径的施工难度极大、成本极高,因此研究了阵列干涉激光雷达点云滤波在输电线路路径优化设计中的应用。将使用阵列干涉激光雷达收集的输电线路环境三维点云数据进行滤波降噪,同时构建点云数据空间索引模型,进而利用随机森林算法从空间索引模型中提取输电线路路径特征并以此优化路径选择。实验数据显示,该方法的综合评分值为91.357 8,降低了对环境的影响和建设成本,提高了能源传输效率。

“合成孔径雷达干涉测量”课程思政建设与实践

针对当前面向工科研究生专业课程的思政教育研究偏少,缺乏课程思政建设方法及案例的问题,文中结合测绘类研究生所学习的“合成孔径雷达干涉测量”课程,发掘了该课程教学内容与思政要素的融合点,构建了“科研引导-隐性融合-创新拓展”课程思政“三步”实践教学法。以“资源开发地表形变监测与环境保护意识”为例,结合课程组的科研经历及研究成果,探讨了该课程思政教学实践过程。结果表明,该方法容易理解、操作方便,能够将思政元素与课程内容有机结合,可为工科类研究生课程思政教学提供参考。

基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术

提出了基于双法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模米散射多普勒激光雷达技术,分析了探测原理,并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周期性频谱曲线的交叉点附近。详细分析了频率匹配误差引起的风速测量误差。在低风速区域,由频率匹配误差造成的风速测量误差增加的百分数EV随匹配误差的增大而迅速增大;频率匹配误差不变时,EV随风速增大而缓慢减小;当频率匹配误差小于10 MHz时,EV将小于5%。设定合理的大气模式和系统参数,对基于双FPI的多纵模米散射多普勒激光雷达的探测性能进行了仿真分析。结果表明:在0~10 km高度、0~50 m/s的径向风速范围内,当距离分辨率为30 m、时间分辨率为30 s、激光发射天顶角为30°时,系统白天和晚间的径向风速测量精度分别优于1.50 m/s和1.02 m/s;在无云条件下,系统白天和晚间的后向散射比相对测量精度分别优于6.57%和4.53%。

基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术

提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理,并据此构建温度探测的理论模型,导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在前级FPI周期性频谱的峰值位置。详细分析了频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差,结果表明:后向散射比越大,相同的频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差就越大;频率匹配误差对温度测量的影响大,为保证低层大气温度测量准确,频率匹配误差和锁定误差应分别小于5 MHz和10 MHz。进一步给出了采用FPI腔长粗扫和细扫相结合的频率匹配校准方法和步骤。设定合理的系统参数,对基于双级联FPI的多纵模测温激光雷达系统的探测性能进行仿真分析。结果表明:在0~20 km高度范围内,通常匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差很小,在2 km以上可忽略不计;若出现云层、沙尘等,对应高度的温度测量偏差将会较大;垂直距离分辨率取30 m@0~12 km和60 m@12~20 km、时间分辨率取1 min时,白天和晚间由噪声引起的温度测量误差分别小于3.7 K和3.5 K,后向散射比相对测量误差分别小于0.40%和0.38%。

合成孔径雷达干涉(InSAR)测量技术应用及展望

合成孔径雷达干涉技术(InSAR)经过半个多世纪的发展,技术优势非常明显,得到了广泛的应用。本文从InSAR的发展历程开始,逐步介绍InSAR技术原理、InSAR数据处理流程、InSAR的应用领域。通过对InSAR数据处理的相关软件进行介绍、对比、分析;对制约InSAR发展的问题进行了分析;对北京市发展InSAR技术的有利条件进行分析,深入浅出的介绍了InSAR测量技术当前的应用范围、应用趋势和发展方向,对InSAR的发展提出自己的见解,为InSAR在测绘领域的深入发展提出了崭新的思路。

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变监测中的应用

运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSAR及D InSAR)进行地面微位移监测,是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。对不同地区地面形变的最新研究结果表明,合成孔径雷达干涉及其差分技术在地震形变、冰川运移、活动构造、地面沉降及滑坡等研究与监测中有广阔的应用前景,具有不可替代的优势。与其它方法(如GPS监测等)相比,用InSAR及D InSAR进行地面形变监测的主要优点在于:(1)覆盖范围大,方便迅速:(2)成本低,不需要建立监测网;(3)空间分辨率高,可以获得某一地区连续的地表形变信息;(4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息:(5)全天候,不受云层及昼夜影响。但是由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响,精度及适用性受到一定的限制,需要在实践中不断加以完善和提高,并与地质研究及其它方法相结合。为了弥补传统InSAR及D InSAR方法在地面形变监测方面的不足,提高其精度,近期引入了一种称为永久散射点(PS)的方法。此方法通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点,克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题,使InSAR在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高,在一定的条件下精度可达到mm级。

星载合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术在形变监测中的应用概述

本文综述了地球表面形变的主要类型 (包括开采沉陷、地表沉降、地壳运动、地震形变、火山运动、冰川运动及山体滑坡等 )及其在我国的分布状况 ,结合合成孔径雷达干涉测量 (包括InSAR及D InSAR ,统称InSAR技术 )的技术原理及特点 ,介绍了国内外InSAR技术近年来在形变监测领域的应用与发展。通过与传统形变监测及GPS监测技术的对比后指出 ,由于InSAR特有的技术特点 ,使其在各类形变监测应用中具有传统方法无可比拟的技术优势 ,必将对形变监测的发展起到极大的推动作用。

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.

一种天基双基地InSAR系统的相位同步方法及验证情况

以德国的TanDEM-X双星编队干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星系统为背景,提出了基于点频连续波同步信号双向对传,实现编队卫星InSAR系统相位同步的方法。文中给出了该同步方法实现的框架,对该相位同步方法的原理进行了理论推导,得出了补偿相位差的表达式,并对影响同步精度的因素进行了初步的分析。该方法可用于天基双/多基地合成孔径雷达系统相位同步链路的设计,仿真分析的结果验证了该方法的理论可行性。此外,通过搭建实物系统对系统的工程可实现精度进行了验证,结果表明获取的载波频率相位同步精度与倍频器件的频率精度和一致性密切相关。该相位同步方法为与TanDEM-X相近InSAR系统的设计提供参考。

干涉成像雷达(INSAR)技术及其应用现状

介绍了干涉成像雷达（ＩＮＳＡＲ）技术的发展历史、基本原理和关键技术，以及星载ＩＮＳＡＲ的处理流程，还介绍了主要的应用领域，特别是ＩＮＳＡＲ在确定兰德斯地震位移场中的应用。说明ＩＮＳＡＲ在三维信息获取及地壳形变监测方面具有良好的应用前景。