地基差分干涉雷达发展现状及应用实例

地基差分干涉雷达在形变监测领域已经得到了广泛的应用。该文首先概述了地基差分干涉雷达的主要类型,分为地基实孔径雷达和地基合成孔径雷达两类,并选择代表性系统介绍了工作原理及重要参数。然后以地基合成孔径雷达为例,介绍了现阶段差分干涉处理中的重要技术,包括差分干涉、PS点选择、大气相位补偿等。最后以3个应用实例,展现了地基差分干涉雷达,在露天开采边坡监测、山体滑坡监测和桥梁振动测量方面的应用。      

高空测报灯监测粘虫区域性发生动态规律探索

每年数以亿计的昆虫、候鸟和蝙蝠等空中动物在全球范围内远距离迁飞,显著影响空中生态系统的结构和功能。随着全球气候和环境的不断变化,空中生态环境也在迅速恶化,对人类的生命和健康构成了严重威胁。为了保护空中生态环境,首要任务是对其进行有效监测。天气雷达具有大范围、全天时、全天候监测能力,可覆盖百千千米空间尺度,是监测和研究宏观空中生态的有效工具。十余年来,天气雷达空中生态监测领域取得了突破性的进展,极大提高了对空中迁飞动物的探测能力,可有效弥补传统监测手段存在的覆盖范围小和时间分辨率低等技术局限。天气雷达已在全球范围内的生物多样性保护、迁飞性虫害监测、疫源疫病传播防控等重大空中生态议题中发挥着日益重要的作用,有效填补了宏观生态研究空白。目前,美国、欧洲和中国分别建立了全球三大天气雷达网,为空中生态研究提供了重要的基础设施和数据支持。本文详细阐述了当前全球天气雷达空中生态监测的科学研究进展,以及通过天气雷达揭示的空中动物迁飞科学规律。然后,对天气雷达生态监测中迁飞动物的电磁散射建模、雷达回波提取、群体参数反演、雷达观测验证实验,以及宏观迁飞模型等关键技术进行了梳理和总结,并详细介绍了中国天气雷达空中生态监测的进展情况。最后,对未来发展方向进行了展望,指出针对中国当前农业迁飞性害虫和鸟类宏观迁飞等重大监测需求,需要在扩维探测、多参反演、多源预测等方面深入研究和探索,以进一步解读重大动物迁飞事件、分析宏观迁飞规律、揭示空中生态对气候变化的响应。

     

迁飞昆虫的个体行为、种群动态及生态效应

精确的昆虫体型参数反演对于昆虫种类辨识具有重要意义。当前三种精度最高的单频段反演方法包括“特征值法”、“联合使用极化方向图（即不同线极化方向的雷达散射截面积（Radar Cross Section, RCS））形状参数和极化平均RCS法”、“行列式法”,前两种方法须判断昆虫极化方向图最大值方向与体轴方向的平行/垂直关系（即昆虫类型）,昆虫类型判断错误会导致反演误差增大,“行列式法”无须判断昆虫类型但精度差。为克服现有方法不足,实现高精度昆虫体型参数反演,分析了X波段（9.5 GHz）昆虫腹部面极化方向图特性,发现昆虫腹部极化方向图最小值（简称最小极化RCS）与昆虫体长和体重均存在良好映射关系,可作为特征实现昆虫体型参数反演。为推导最小极化RCS的解析表达,首先基于对称昆虫模型推导了极化方向图形状与散射矩阵特征值的关系,并在此基础上推导了最小极化RCS的计算方法,给出了基于最小极化RCS反演昆虫体长和体重的经验公式。将所提方法命名为“最小RCS法”。与前述三种方法对比发现,对于体长反演,“最小RCS法”精度最高,而对于体重反演,“最小RCS法”精度略差于“特征值法”与“联合使用极化方向图形状参数和极化平均RCS法”。通过仿真分析了极化误差对于四种方法反演精度的影响,结果表明,两种须判断昆虫类型的方法受极化相位误差影响非常严重,而“最小RCS”法抗极化误差性能好,几乎不受相位误差的影响。     

高分辨全极化昆虫雷达极化校准与昆虫体轴方向估计

迁飞性虫害突发性强、危害范围广,严重威胁国家粮食安全。昆虫雷达是监测昆虫迁飞的最有效手段,可为迁飞虫害预警防控提供关键信息支撑。传统昆虫雷达通过低分辨波形、旋转线极化天线等方式,实现昆虫体重、体轴方向等生物学参数测量。新型昆虫雷达采用调频步进频高分辨波形、瞬时全极化体制,可大幅提升昆虫生物学参数测量精度。但是,在传统极化测量误差之外,调频步进频成像会给不同极化通道引入新的乘性误差分量,导致极化通道间不一致更加复杂,必须进行高精度极化校准。针对以上问题,该文结合调频步进频波形特点对全极化测量模型进行了优化,并设计了一种基于松姿态约束下双定标体(金属球和金属丝)联合的高分辨全极化雷达极化校准方法,补偿了系统通道间不一致对极化信息测量的影响;在此基础上,进一步提出了基于生物对称模型的昆虫体轴方向估计方法,解析推导分析了极化通道间交叉串扰对体轴方向估计的影响机制。最后,利用多频全极化雷达(X, Ku, Ka)进行了极化校准和昆虫轴向测量实验,实测昆虫体轴方向测量误差优于3°,验证了所提方法的有效性。     

一种高效的Flink与MongoDB连接中间件的研究与实现

为了提高大数据处理平台Flink与MongoDB之间的读写速率,提出并实现了一种高效的Flink与MongoDB连接中间件。基于Flink的并行化思想,通过对数据进行逻辑分片,调用Mongo-Java包中的接口实现并行化将数据读取和写入。以不同规模的水文传感器数据集作为实验数据,实验了在Java单线程操作、Hadoop与MongoDB连接器和提出的Flink与MongoDB连接中间件三种连接方式下数据的读写速度。结果表明,Flink并行读写数据效率较于单线程提高了1.5倍,验证了该连接中间件可以有效地提高对海量数据的读写速率。     

双基地前向散射雷达杂波分析与模拟方法北大核心CSCD

雷达杂波的统计特性研究与仿真模拟对雷达系统的设计、仿真、开发有重要意义。文中通过对前向散射雷达地表植被杂波实测数据的处理,观察到前向散射雷达杂波的幅度分布特性可根据风速和动态范围的不同分别采用K分布和对数正态分布拟合;同时杂波数据的谱分析结果表明可以采用全极点模型对前向散射雷达杂波建模。基于对杂波统计特性的分析,文中给出了一种SIRP法和ZMNL法相结合的前向散射雷达杂波模拟方法,模拟得到的杂波与实测杂波数据在统计特性上相一致,证实了模拟方法的有效性。     

Bistatic Synthetic Aperture Radar Point Spread Function Characteristic Analysis

Based on the point spread function （PSF） theory, the side-lobe extension direction of the impulse response in bistatic synthetic aperture radar （BSAR） is analyzed in detail; in addition, the corresponding autofocus in BSAR should be considered along iso-range direction, not the traditional azimuth resolution （AR） direction. The conclusion is verified by the computer simulation.     

机械法制备超细氧化铝粉体及其在ZTA陶瓷上的应用

采用机械研磨不同时间制备不同粒级的氧化铝(Al2O3)超细粉体,将该超细粉体应用于制备氧化铝一氧化锆(Al2O3-ZrO2,ZTA)复相陶瓷,研究了该超细粉体对ZTA复相陶瓷性能的影响.用氦气吸附法测萤Al2O3粉体的比表面积.用X射线透射沉降粒度仪、电超声粒度仪测定Al2O3粉体的粒径.研磨实验结果表明:微米级氧化铝原料经研磨可得到亚微米和纳米粒级产品,其中纳米Al2O3粉体平均粒径为70nm,比表面积大于115m2/g,X射线衍射表明:Al2O3晶形未发生变化,随着研磨时间的增加,Al2O3结晶度会降低、各晶面受到不同程度的破坏、晶相仍然是α相.将研磨制备的Al2O3超细粉体与15%(质量分数)的ZrO2复合并在不同温度F烧结ZTA陶瓷.经测试,ZTA在1 550℃烧结后,其体积密度最高可达到99%以上,抗弯强度最高可达到720 MPa,断裂韧性最高可达到6.86 MPa·m1/2,其机械性能优于用化学法制备的氧化铝超细粉体与15%质量分数)的ZrO2复合的ZTA陶瓷.     

分布式GEO SAR:编队构型设计及性能分析

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)具有短重访周期、大覆盖范围的优势,在防灾减灾方面具有重大潜力.本文提出包含远近编队的伴随分布式GEO SAR系统,在单星GEO SAR基础上,通过增加仅接收信号的从星伴随飞行,形成多个相位中心,具有功能丰富、成本低的优点;但不同功能对编队的空间基线要求不同.本文针对近距编队构型,提出基于坐标旋转的相对运动方程修正方法,可获得地球自转影响下空间基线解析计算方法;进一步提出基于半长轴修正的线性时变基线设计方法,可应用于SAR层析任务.针对远距编队,提出全局可测约束下最小定位精度系数准则,可实现具有最佳视角组合的远距编队设计,实现三维形变反演任务.最后,仿真并分析了伴随分布式GEO SAR编队各功能的系统性能,包括基线的日变化、高度向分辨率和典型观测区域的三维形变反演精度等.     

一种精确的地球同步轨道SAR成像聚焦方法

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)轨道高度大,因此合成孔径时间内可获取几百甚至上千公里的高分辨率合成孔径雷达图像,为宽区域内的目标侦察与精确打击提供了一种有效的技术手段。大的轨道高度给GEO SAR带来了很多的优点,但也给GEO SAR成像带来了很多难点。传统基于直线轨迹模型推导的低轨合成孔径雷达二次距离压缩算法在GEO SAR中应用将产生几百弧度的高阶相位误差,并导致严重的距离向空变性,从而使目标在长合成孔径时间和大场景下难以精确聚焦。本文主要对二次距离压缩(SRC)算法在GEO SAR近地点的情况进行了修正,基于精确的曲线轨迹模型解析的推导了方位向参考函数的调频斜率,并对方位向参考函数调频斜率的变化进行了自适应补偿,克服了大场景距离向的空变性。在100 s长合成孔径时间及40 km场景下,通过仿真验证了算法有效性,实现了GEO SAR的高精度成像。