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合成孔(kǒng)徑雷達測量技術在監測橋梁倒塌上(shàng)的應用
更新時(shí)間(jiān):2021-04-10 17:51
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 隨著軍事航天技術的發展,各種航天裝備在戰爭中“力量倍增器”的作用越來越顯著,而這其中合成孔徑(jìng)雷達(SAR)偵察衛星一直(zhí)是航天(tiān)大國發展的重點。經過這麽多年發展,合成孔徑雷達偵察衛(wèi)星已經是大國偵察家族中不可或缺的一份子,如美國、俄羅(luó)斯、日本、德國、以色列等都擁有自己的SAR衛星。

合成孔徑雷達測量在監測橋梁倒塌上的應用

美國的"長曲棍球"合(hé)成孔徑雷(léi)達偵察衛星,不僅適(shì)於跟蹤艦船和裝甲車輛的活(huó)動,監視機動或彈道導彈的動向,還能發(fā)現偽裝(zhuāng)的武器和識別假目標,以及“透視”地(dì)下數(shù)米的(de)設施

合成孔徑雷達

       合成孔徑雷達(SAR)是與實孔徑雷達(RAR)相(xiàng)對而言的, 實孔(kǒng)徑雷達(dá)的天線孔徑(jìng)是一先發射後接收的物理單元, 而合成孔徑雷達 (SAR) 是把天線的運動考慮進(jìn)去, 雷達(dá)所收到不同位置的回(huí)波不是同時的, 而是依靠雷(léi)達天線的運(yùn)動, 分時順(shùn)序獲得的, 通過一定的信號處理算法使之合成一個相對(duì)較(jiào)大的天(tiān)線即合成孔徑,采用(yòng)這種(zhǒng)合成孔徑雷達技術的雷(léi)達稱為合成孔徑雷達。

合成孔徑雷達測量在監測橋梁倒(dǎo)塌上的應用

合成孔徑雷達原理圖

       而(ér)衛星(xīng)在裝載了合成孔徑雷(léi)達後,能克服(fú)雲霧雨雪和(hé)夜暗條件的限製對地麵目標成像,可全天時、全天候、高分辨率、大幅麵對地觀測,同時具有一定的穿透(tòu)能力,能識別偽裝,發現地下軍事設(shè)施,這對於全麵觀測戰區、偵察全球(qiú)軍事動態等有重要的意義。

合成孔(kǒng)徑雷達測量可用於橋梁安全監測中

       目前,國外研究人(rén)員開始將(jiāng)合成孔徑雷達應(yīng)用於橋梁安全監測中。我們依靠橋梁將我(wǒ)們連接到其他地方(fāng),我們相(xiàng)信它們是安全的。雖然許多政府在檢(jiǎn)查和維護計劃上投入了大量(liàng)資金(jīn),但是即將結束(shù)其(qí)設計壽命或具有重大結構損壞的橋梁數量(liàng)可能超過可用(yòng)於修複它們的(de)資源。但基礎設施管理人員(yuán)可能很快就會找到(dào)一種新的方法(fǎ)來(lái)識別最(zuì)容易出現故障的結構。

  近日,由美國宇航局位於加利福尼亞州帕(pà)薩(sà)迪納的噴氣推進實驗室的Pietro Milillo領(lǐng)導的科學家開發出一種新技術,即合成孔徑(jìng)雷達(dá)(SAR)測量,可用於分析衛星數據,這種技術可以揭示(shì)可能表(biǎo)明橋梁正在惡化的微妙結(jié)構變化,這種變化如(rú)此(cǐ)微妙以至於裸露不可見眼睛。

       2018年8月,意大利熱那亞附近的莫蘭迪大(dà)橋倒塌,造成數十人死亡(wáng)。來自美國國家航空航(háng)天局,英國(guó)巴斯(sī)大學和意大利航天局的科學家(jiā)團隊使用來自幾個不同衛星和參考點的合成孔徑雷達(SAR)測量來繪製相對位(wèi)移和橋梁的(de)結構變化。使用新工藝,他們(men)能夠(gòu)檢(jiǎn)測到隨時間變(biàn)化的橋的毫米尺寸變化,這些變化不會被應(yīng)用於星載合成孔徑雷達(dá)觀測的標準處理方法檢測到。

合成孔徑(jìng)雷達測(cè)量在監測橋(qiáo)梁倒塌上的應用(yòng)

        在2018年(nián)8月崩潰之前,意大利熱那亞的莫蘭迪橋的衛星視圖。這些數(shù)字標識了關鍵的橋組件。數字4到8對應於橋的V形橋墩(從西到東(dōng))。數字9到11對應於橋上的三個獨立平(píng)衡係統。在帶注釋的版本中,黑色箭頭根據Cosmo-SkyMed衛(wèi)星星座的數據識別變化區域。

  他們發現,橋梁坍塌碼頭旁邊的甲板(bǎn)早在2015年就出現了微妙(miào)的變化跡(jì)象; 他們還指出,在2017年3月至2018年8月期(qī)間(jiān),橋梁(liáng)的幾個部分顯示出結構變化的(de)顯(xiǎn)著(zhe)增加,隱藏的跡象表(biǎo)明至少部分橋梁可能在結構上變得不健全。

  “這是關於開發一種新(xīn)技術,可以幫(bāng)助表征橋梁和(hé)其(qí)他基礎設施的健康狀況,我們無法預測這種特(tè)殊的倒塌,因為當時可(kě)用的標準評估技術無法檢測到(dào)我們現在能看到的東西。但(dàn)是(shì),展望未來,這種技術與已經(jīng)使用的技術相結(jié)合,有可能帶來很多好處。“研究人員表明。

  該技術僅限於具有一致的合成(chéng)孔徑雷達衛星覆(fù)蓋範圍的區域。2022年初,NASA和印度空間研究組(zǔ)織(ISRO)計劃發(fā)射(shè)  NASA-ISRO合(hé)成孔徑雷達(NISAR),這將大大擴展其覆蓋範圍。NISAR旨在使科學家能(néng)夠觀(guān)察和測量全球環境(jìng)變化和危害,將(jiāng)收集圖像,使工程師和科學家能夠(gòu)在每周幾乎在世界任何地方調查像橋梁這(zhè)樣的結構的穩定性(xìng)。


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