時間：2022-05-16 12:49:20
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇雷達技術(shù)論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
【題型特點】
此題著重考查考生的理解與分析能力，常以單項選擇題的形式出現(xiàn)。命題人在設(shè)置選項時，文字表述不可能與原文完全相同，也不會完全集中，常常有前后勾連的情況，這就容易造成選項模糊。選項模糊的類型主要有五種。
①范圍上的混淆，以偏概全，以面代點。選項在概念的外延上做文章，或者外延過小，以偏概全，或者外延過大，判斷過寬，以面代點?？忌痤}時要特別留心選文和選項中的“凡”“一切”“全”“都”等修飾詞語。
②指代上的混淆，顛倒主客，偷換概念。選項偷換概念，用音同義異詞或形近義異詞來迷惑考生?？忌痤}時，要注意選項是否混淆概念的所指對象，是否顛倒陳述主體與修飾語，是否忽略一些關(guān)鍵的修飾詞，是否犯了偷換概念的錯誤。
③現(xiàn)實和設(shè)想的混淆，未已不分，或必不清。選項在概念、判斷上時間超前或滯后，把已經(jīng)成功的現(xiàn)實和沒有成為現(xiàn)實的設(shè)想或可能性混為一談?？忌貏e留意“如果”“一旦”“將要”等詞語，從而作出準(zhǔn)確判斷。
④肯定和否定、主要和次要關(guān)系上的混淆，無中生有，牽強附會。有的選項把肯定說成否定或把否定說成肯定，有的選項混淆主要和次要關(guān)系，有的選項無中生有、牽強附會?？忌痤}時，一定要在選文中找到依據(jù)，忌主觀臆斷、望文生義。
⑤條件和結(jié)果、原因和結(jié)果關(guān)系上的混淆、顛倒。有些選項將條件說成結(jié)果，或把結(jié)果說成原因，或強加條件及因果關(guān)系?？忌攸c辨別，找準(zhǔn)答案。
【答題技法】
閱讀論述文應(yīng)從議論說理的角度入手，弄清文章的中心論點是什么、有無分論點、作者的觀點與傾向怎樣、用什么材料來證明觀點、論證結(jié)構(gòu)有什么特點、語言有什么特色等。
考生可按以下三個步驟答題。
1.快速閱讀文本，把握主要內(nèi)容
閱讀選文后，可提出如下問題：本文論證的對象是什么？有什么最新觀點？今后的發(fā)展前景如何？作者對新觀點的態(tài)度和看法如何？
2.圈點勾畫重點，提取重要信息
一是圈點勾畫選文中一些關(guān)鍵詞語，特別要關(guān)注指示代詞、關(guān)聯(lián)詞語（如“一旦”“如果”“因此”“但是”“然而”等）和一些修飾性詞語，以備答題時使用。可采用如下方法：①瞻前顧后法。聯(lián)系上下文選擇恰當(dāng)?shù)牧x項。②比照辨析法。仔細(xì)比較、辨析文中的一詞多義現(xiàn)象和同義詞、近義詞在語言運用中的差異。③參考語境法。根據(jù)語境揣摩詞語的語境義、比喻義、借代義等，分析詞語派生或隱含的內(nèi)容。
二是圈點勾畫文章中重要的句子。論述文中的重要句子有以下幾種：①結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的句子?？梢圆捎贸槿≈鞲煞?，抓住句子主干，理清那些修飾、限制等附加成分，進而理解其含意。②內(nèi)涵較為豐富的句子。按照“句不離段”的原則，結(jié)合上下文語境，仔細(xì)領(lǐng)會，整體解析。③與文章中心和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的句子（如文眼句、中心句、過渡句等）。這種句子體現(xiàn)了文章的思路，有的畫龍點睛，有的承上啟下，有的闡明要旨。理解這些句子的含意，既要注意它們在文中的位置，又要看清來龍去脈。
3.排除錯誤選項，篩選正確答案
論述類文本閱讀的選擇題，考查的是判斷辨別能力?？忌鷮@類試題要進行分析、比較、選擇，首先排除明顯錯誤的選項，然后分析剩下的選項及與之相關(guān)的語言環(huán)境，瞻前顧后，尋找有效信息，并歸納信息的要點，進行篩選，再排除干擾選項，剩下的便是正確答案。這樣答題，可以提高答題的準(zhǔn)確率。其基本方法如下。
①“復(fù)位”驗證法?？忌诶斫馕闹械闹匾拍顣r，如果對自己的選擇沒有十足把握，可把選出的答案“復(fù)位”到選文中驗證一下。如果語意連貫、意思準(zhǔn)確，則該項即為正確答案。
②事理分析法。在論述類文本中，常會遇到事理之間的邏輯關(guān)系，如因果關(guān)系、條件關(guān)系、假設(shè)關(guān)系、選擇關(guān)系等，考生要緊緊抓住表示事理之間邏輯關(guān)系的關(guān)鍵詞語，進而作出正確的判斷。
③巧用選項法。在考查理解文中重要句子的試題中，命題者常常在句中確定兩個考查點，每個考查點又有兩種理解，總共列出四個選項。遇到這種題目，考生可以巧妙地利用選項提供的“方便”，根據(jù)自己對某一個考查點的正確理解，排除錯誤選項。
【應(yīng)用說明】
下面以2013年高考湖南卷第14題為例，作出具體解說。
根據(jù)原文信息，下列推斷正確的一項是
A.印第安人之所以對烈酒著迷，是因為它像某些能讓人產(chǎn)生幻覺的植物一樣具有超自然能力。
B.印第安人如果不能一醉方休就謙讓旁觀的飲酒現(xiàn)象，表明民族傳統(tǒng)習(xí)俗中精華與糟粕并存。
C.法國傳教士對“罪惡的白蘭地交易”的批評，是源于法國的毛皮商和軍隊在加拿大的行為。
D.麥斯卡爾酒的發(fā)展和被利用的事實，提醒我們在引進外國技術(shù)的時候，應(yīng)警惕其負(fù)面影響。
運用“復(fù)位”驗證法可知，選項A的內(nèi)容對應(yīng)第二段，聯(lián)系第三段可知他們是被歐洲人“利用”，故而變得逆來順受，所以應(yīng)排除。運用事理分析法可知，選項B的兩句之間沒有必然的因果關(guān)系，不能“表明民族傳統(tǒng)習(xí)俗中精華與糟粕并存”，應(yīng)排除。再看選項C，其內(nèi)容對應(yīng)第三段，由該段法國傳教士的一句原話“因為它會讓人變得麻木和放蕩”，則可直接將其排除。至此，答案毫無疑問就是D項。文章結(jié)尾卒章顯志：“烈酒幫助殖民者對成百萬的人進行奴役和驅(qū)逐，幫助他們建立新國家，并幫助他們侵略異國文化。今天，烈酒不再與奴役和剝削聯(lián)系在一起，但它仍然被人所用。”這是告訴我們須“警惕其負(fù)面影響”，所以D項正確。
（作者單位：湖南沅陵縣一中）
（責(zé)任編校/曾向宇）
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1.《閱讀論述類文本要有三種意識》
在答題訓(xùn)練時，考生可以借鑒語用題中的某些題型來訓(xùn)練自己，以便配合閱讀論述類文章。比如：用長句化短句來訓(xùn)練概括能力，用概括語段大意來訓(xùn)練快速提煉中心的能力，用下定義來訓(xùn)練對重要概念的理解能力。考生還可以借鑒寫作議論文時立意構(gòu)思的方法，進行理清閱讀思路的訓(xùn)練。
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2.《解答論述類文本閱讀題的四個步驟》
要準(zhǔn)確理解詞語和句子在文中的意思，就要緊密聯(lián)系語境，注意上下文的修飾、指代等暗示信息，從而把握其內(nèi)涵。
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3.《2013年高考論述類文本閱讀題評析》
（1）理解文中重要概念的含義。
（2）理解文中重要概念的含義。
2、分析綜合
（1）篩選并整合文中的信息。
（2）分析文章結(jié)構(gòu)，把握文章思路。
（3）歸納內(nèi)容要點，概括中心意思。
（4）分析概括作者在文中的觀點態(tài)度。
3、圈劃選項信息源。
在作答過程中先用鉛筆在原文找出選項信息源，并做標(biāo)記。
4、將選項與選項信息源做比較。
比較點多為：
1）句意邏輯是否一致。
2）表意范圍是否發(fā)生擴大或縮小。
3）是否發(fā)生張冠李戴。
4）是否絕對。
5）是否無中生有。
對近岸淺水區(qū)域的海底地形的掌握對于近岸活動比如捕魚，碼頭建設(shè)，鋪設(shè)石油管道以及形態(tài)動力學(xué)的研究等都有著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)獲取水深的方法包括船載聲吶探測、機載激光測探、潛水器測量、超光譜圖像測量等。但是它們普遍具有成本高、效率低的缺點，并且測量精度會受海水清澈度的影響。為了克服傳統(tǒng)測量方法所存在的不足，基于X波段雷達圖像序列反演水深的方法得到發(fā)展。
在淺水區(qū)域，局部的海底地形對表面波的傳播有著重要的影響。當(dāng)波移動至淺水區(qū)域，波的周期不發(fā)生變化，但是波的傳播速度會發(fā)生變化，繼而波長減小，波數(shù)增加。表面流的存在也影響表面波的傳播，因此水深場以及表面流速場的反演方法都是基于這種傳播變化——在物理學(xué)中被描述為表面波的色散關(guān)系。
1998年 Paul Bell運用連續(xù)的雷達圖像序列之間的互相關(guān)性推導(dǎo)出了空間變化的表面波速[1]，同時利用從浮標(biāo)中獲取的頻率信息，通過運用線性重力波的色散關(guān)系計算出了空間變化的水深，但是沒有考慮海流的存在。Hessner等人運用一維FFT變換實現(xiàn)了對圖像序列的頻率分解[2]，某一固定頻率的波所對應(yīng)的波長通過確定局部空間的相位梯度計算得到。但是此方法的局限性在于它不能運用到包含同一頻率但不同傳播方向的波的波場，同時也沒有考慮到海流的存在。
對時間序列的雷達圖像進行3?D FFT變化，并取模的平方得到三維圖像譜，由于波數(shù)和頻率被色散關(guān)系聯(lián)系在一起，因此線性表面波的信號應(yīng)該很好地分布于其確定的三維形狀上。色散關(guān)系的形狀取決于水深和表面流速，因此通過擬合理論的色散關(guān)系和三維圖像譜的坐標(biāo)分布便可反演出大的空間范圍內(nèi)的平均水深以及流速[3?4]。但是此方法中的3?D FFT是針對全局范圍的算子，因此假定了波場的均勻性以及穩(wěn)定性。如果在深水區(qū)存在變化的流速或者淺水區(qū)存在變化的水深，波的折射將會產(chǎn)生，波場變成了非均勻場，以上方法不再適用，因此需要在局部空間范圍內(nèi)對波參數(shù)進行分析。
自1999年以來，Seemann等人針對非均勻波場做了一系列研究[5?10]，推導(dǎo)出了局部三維圖像譜，同時反演出了局部范圍內(nèi)的水深以及流速。
本文將利用模擬的X波段雷達圖像展開近岸淺水區(qū)域的水深的反演工作，該工作考慮到了表面波場的非均勻性，因此采用了局部反演算法，反演出了局部的水深值。
1 色散關(guān)系與水深以及流速的關(guān)系
色散關(guān)系描述了波數(shù)[k]和角頻率[ω]之間的動力學(xué)關(guān)系，正常的色散關(guān)系適用于海表面重力波，線性色散關(guān)系可表示為：
[ωk，uc，d=±gktanhkd+k.uc] （1）
式中：[g]表示為重力加速度；[d]為水深；[uc]為近表面流速。在式（1）中，第一部分稱為固有頻率[ζ=±gktanhkd，]第二部分稱為多普勒頻率[ωD=k.uc。]多普勒頻率部分表明受表面流速的影響。在式（1）中，水深[d]和表面流速矢量[uc]在波數(shù)?頻率域中影響色散關(guān)系的形狀，因此色散關(guān)系的形狀可以被用來反演這些參數(shù)值。圖1顯示了水深以及流速對色散關(guān)系的影響。
圖1 三維波數(shù)?頻率域中線性表面重力波的色散關(guān)系
2 水深及流速局部反演方法介紹
在淺水區(qū)域中，由于空間變化的水深，波的周期不變，既波場保持了穩(wěn)定性，但是波長發(fā)生了變化，波場變成了非均勻場，因此需要在局部空間范圍內(nèi)對海態(tài)參數(shù)進行分析，得到空間分布的海態(tài)參數(shù)場。海洋表面波的特性由波長[λ、]波數(shù)[k、]角頻率[ω、]振幅[ξ]和它們的傳播方向[?]來描述。表面波場由一系列不同頻率不同傳播方向的單一成分的波（簡稱單波）疊加得到，因此其是多成分的，需要將其分解為單成分波。本文將按照以下步驟反演局部的水深及流速：
（1） 對時間序列的雷達圖像進行3?D FFT變換，得到復(fù)數(shù)值的三維圖像譜[G（k，ω）]；
（2） 對三維圖像譜進行頻率分解和方向分解得到單波成分的波譜 [Gk|ω，?]；
（3） 進行2?D 反FFT變化，到空間域，產(chǎn)生單波復(fù)數(shù)值的空間場[gx，y|ω，?]；
（4） 由單波空間場及其梯度圖像得到波數(shù)場；
（5） 由單波空間場以及其對應(yīng)的波數(shù)場得到5?D時空頻率場[Ix，y|k，ω]；
（6） 由局部的3?D圖像譜反演局部的水深及流速。
該算法是針對由岸基X波段雷達獲取的時間序列的雷達圖像，最終得到水深場。
3 數(shù)值模擬及分析
3.1 模擬非均勻波場及雷達圖像
基于線性波理論，海浪可看成是各種不同的余弦波的線性疊加，該過程可利用頻譜來模擬，本文選用與波浪相近的P?M譜。只有頻譜還不足以描述海浪的特性，需要加入方向分布函數(shù)組成方向譜，才能符合實際的海面波場狀況，本文的方向分布函數(shù)采用改進的光易型方向分布函數(shù)。同時考慮到波場的非均勻性，加入非等水深值及表面流速值，利用色散關(guān)系式（1），可確定不同區(qū)域的波數(shù)與頻率的關(guān)系，利用不同頻率和傳播方向的余弦波的疊加，可模擬出淺水區(qū)的非均勻波場的時間序列。圖2所示是模擬的64幅時間序列的非均勻波場的前兩幅（圖像中像素點的個數(shù)為128×128個，每個像素點的分辨率為7.5 m×7.5 m）。
圖2 模擬的64幅時間序列的非均勻波場的前兩幅
根據(jù)雷達成像機理，利用起主要作用的陰影調(diào)制及傾斜調(diào)制模擬出時間序列的雷達圖像。圖3所示是模擬的64幅時間序列的雷達圖像的前兩幅。
圖3 模擬的64幅時間序列的雷達圖像的前兩幅
3.3 對模擬數(shù)據(jù)進行處理
（1） 對64幅時間序列的雷達圖像[G（Θ）]進行三維傅里葉變化得到復(fù)數(shù)值的三維波數(shù)?頻率譜：
（2）
其中三維譜的譜分辨率為：
[Δkx=2πX， Δky=2πY， Δω=2πT] （3）
（2） 對得到的三維譜進行閾值濾波，濾除信號中包含的噪聲，然后利用色散關(guān)系進行帶通濾波，得到海浪信號。接下來將對濾波后的三維譜進行分解，得到單波成分的波譜，既進行頻率分解和方向分解。在時間軸上進行的傅里葉變化使得頻率分解被執(zhí)行，既一系列不同頻率所對應(yīng)的二維波數(shù)譜，接著進行方向分解。本文采用了一組楔形濾波器，首先產(chǎn)生一個原型楔形濾波器，然后再通過旋轉(zhuǎn)，雙線性插值，得到一組濾波器，原型濾波器如圖4（a）所示，旋轉(zhuǎn)得到的部分濾波器如圖4（b）～（d）所示。運用這一組方向濾波器對二維譜進行分解，最終得到一系列不同頻率和傳播方向所對應(yīng)的單一成分的波譜[Gk|ω，?]。
（3） 對單一成分的波譜[ Gkω，?]進行二維反傅里葉變化得到復(fù)數(shù)值的單波空間場[ gx，y|ω，?]：
[gx，y|ω，?=2D IFFT（Gk|ω，?）] （4）
圖4 一組方向濾波器中的前四個
單波空間場包含了幅值及相位模式信息：
[gx，y|ω，?=Ax，y|ω，?expi?x，y|ω，?=Regx，y|ω，?+iImgx，yω，?] （5）
與單波空間場對應(yīng)的梯度圖像：
[??x，??ygx，yω，?=2D IFFTi?kx，ky?Gkω，?] （6）
其中[kx，ky]代表復(fù)數(shù)值的波數(shù)向量，其實部代表局部的波數(shù)值。局部區(qū)域的大小選為8×8個像素點，因此要得到局部區(qū)域的波數(shù)，需要分析局部點所包含的所有像素點。
位于色散關(guān)系濾波器帶寬內(nèi)的背景噪聲重新分布在了單波波數(shù)場中，因此為了消除噪聲的影響，運用方差最小擬合法得到復(fù)數(shù)值的波數(shù)向量。
[kx=-i?v+?vxv2ky=-i?v+?vyv2] （7）
其中向量[v，][vx，][vy]通過行掃描局部區(qū)域內(nèi)的單波空間場及其梯度圖像獲得，向量[v+]是向量[v]的共軛向量。
（4） 由一系列的單波空間場以及單波波數(shù)場可得到五維的時空頻率譜 [Ix，yk，ω。]表面波信號的能量譜應(yīng)分布在色散關(guān)系曲面上，將由色散關(guān)系式（1）得到的譜分量[ω]與圖像譜[Ix，y|k，ω]中的分量[ωi]取加權(quán)方差，得到一個函數(shù)。本文利用該函數(shù)尋找最小值的方法求得局部的流速[ux，uy]及水深[d。]該加權(quán)方差函數(shù)表示為：
[fux，uy，d=i=0Ngkitanhkid+kx，iux+ky，iuy-ωi2?Ix，y|ki，ωi] （8）
式中：[N]表示譜坐標(biāo)集[{kx，i，ky，i，ωi}]中元素的個數(shù)，通過設(shè)置閾值從局部能量譜中選取出譜坐標(biāo)集：
[M0=（kx，i，ky，i，ωi）Ix，y|ki，ωiMAXIx，y|ki，ωiε] （9）
式中[ε]表示能量閾值。
加權(quán)方差函數(shù)是一個非線性函數(shù)，含有三個變量，求該函數(shù)最小值屬于優(yōu)化問題，本文采用擬牛頓法搜索最小值，并得到局部的水深及流速。
4 數(shù)據(jù)處理結(jié)果
模擬雷達圖像時輸入的非等值水深場如圖5（a）所示，每8×8個像素點設(shè)置一個水深值，為減少模擬時的計算量，水深值只沿一維變化。反演得到的水深場如圖5（b）所示，反演時選擇的局部區(qū)域的大小為8×8個像素點。反演的水深值與輸入的水深值吻合較好，平均誤差約為2%，相比于過去的均勻場水深反演方法，該反演方法可將水深值的分辨率縮小到8×8個像素點。
5 結(jié) 語
利用X波段雷達圖像可提取出重要的海態(tài)信息，比如水深、流速等等。均勻場的水深及流速的反演方法已相對成熟，本文的工作是針對非均勻場反演淺水水深值。由于實際的海況比較復(fù)雜，并且還沒有得到可以用于比測的實際水深值，本文采用數(shù)值模擬的方法，通過輸入非等值的水深仿真出非均勻波場及其雷達圖像。利用仿真的雷達圖像反演出局部水深值，并與輸入的水深值進行對比，結(jié)果吻合較好，對利用實際的雷達圖像反演非均勻場的水深具有重要的指導(dǎo)意義。本文的工作是基于岸基X波段雷達，對于船基X波段雷達來說，還要考慮運動補償?shù)纫蛩兀⑶覍嶋H海況復(fù)雜多變，水深的反演過程有待進一步分析研究。
圖5 輸入的水深場與反演得到的水深場對比圖
參考文獻
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關(guān)鍵詞：大氣污染源；激光雷達；監(jiān)測；研究
中圖分類號：X511
文I標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）12003005
1引言
近年來，與人類生存和發(fā)展密切相關(guān)的環(huán)境污染已經(jīng)成為人民群眾非常關(guān)心的重要問題。大氣污染嚴(yán)重影響人們的生活品質(zhì)，如何有效開展城市大氣污染防治工作，確保環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善是大氣環(huán)境保護工作的核心[1～4]。城市大氣污染源主要包括工業(yè)生產(chǎn)、居民生活、道路交通、建筑施工排放到大氣中的顆粒物、硫氧化物、氮氧化物、鹵化物、碳化合物等，來源比較復(fù)雜且相互作用形成復(fù)合污染[4]。激光雷達是大范圍快速監(jiān)測大氣環(huán)境的新一代的高新技術(shù)手段，具有實時、快速、連續(xù)、長期的遙感監(jiān)測等優(yōu)勢[5，6]。利用3D可視型激光雷達進行垂直/水平掃描，可以對污染物的時空分布及其擴散進行跟蹤監(jiān)測[6～8]。因此，由于激光雷達技術(shù)具有的獨特優(yōu)勢， 逐漸成為開展城市污染演變、區(qū)域性污染物分布、污染物跨界輸送以及污染溯源監(jiān)測的主要手段之一。本文利用3D可視激光雷達技術(shù)對江津區(qū)大氣污染源進行了監(jiān)測研究，以期為環(huán)境監(jiān)測、管理、預(yù)警體系建設(shè)積累寶貴經(jīng)驗。
2實驗條件與方法
2.1監(jiān)測儀器
北京怡孚和融科技有限公司3D可視型激光雷達，型號為3D-Scan-CAM。
2.2監(jiān)測地點
江津城區(qū)中心御景華庭小區(qū)17棟樓頂，掃描半徑5～10 km。
2.3監(jiān)測方法
選取顆粒物濃度作為主要監(jiān)測因子，采用垂直、水平、切面監(jiān)測方式，通過連續(xù)不間斷掃描，協(xié)同風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、氣壓、氣溫等氣象監(jiān)測，結(jié)合空氣自動監(jiān)測站實時數(shù)據(jù)進行校正后實施數(shù)據(jù)分析。
2.4監(jiān)測條件
制作江津城區(qū)監(jiān)測期間城市近空500 m高度位置所有后向軌跡圖得到垂直掃描時間段，城區(qū)主要以上升氣流為主（5月31日至 6月3日），利于污染擴散，不易形成累積污染；水平掃描時間段，江津以下降氣流為主，易受外來污染影響，本地也易于形成污染累積。經(jīng)查，與該地區(qū)歷年風(fēng)場統(tǒng)計信息相符。
3結(jié)果與討論
3.1垂直監(jiān)測
將6月1日晚21點至3日午間12點日激光雷達垂直監(jiān)測圖與江津區(qū)近地自動站PM10數(shù)據(jù)結(jié)合分析可知：在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，近地濕度較大，并有間斷降雨，對污染有稀釋作用，污染不易累積。結(jié)合垂直掃描圖（圖1）可知江津城市污染演變主要分為幾個過程：1日21點至2日凌晨3點，隨氣流下降，進而污染累積，在21日至24日，在近空600 m處的近地污染團過境，造成本地污染升高，自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)PM10升高。2日4點至16點，近空云層過境，并伴有降雨過程，污染沉降，污染逐漸減輕。2日16點至3日5點，降雨停止，近空云層向上擴散，氣流上升，近地濕度先降低后上升，本地污染逐步累積，近地消光系數(shù)增高，自動站監(jiān)測顯示PM10數(shù)據(jù)逐漸升高。3日5點至12點，近空云層降低，造成本地PBL層降低，污染不利于擴散，本地PM10逐漸升高并累積。在雷達監(jiān)測的時段內(nèi)，江津區(qū)近地濕度大，污染物隨下降氣流，易累積，形成污染團。隨濕度降低或降雨等易形成污染沉降，但不會形成長時間的連續(xù)大面積污染。
3.2水平監(jiān)測
制作雷達測試區(qū)域內(nèi)PM10濃度圖（圖2），顏色的深淺代表污染的嚴(yán)重程度，經(jīng)緯度和測點距離等點擊可查。藍(lán)色標(biāo)記點位是測點位置，紅色標(biāo)記點位是空氣自動監(jiān)測站位置。圖中紅線圈出部分為城市外部污染，未圈出區(qū)域顏色較深區(qū)域為城市污染源污染。逐一分析見圖3～圖6。
區(qū)域一污染分布圖（圖3）給出了該區(qū)域的主要污染分布，結(jié)合實地狀況由左至右依次分析判斷：大西門轉(zhuǎn)盤及西門路周邊污染團早晚高峰出現(xiàn)，夜間有零星出現(xiàn)，主要為交通污染及生活污染；三通街、幾江向陽小學(xué)周邊污染團夜間出現(xiàn)，且連續(xù)出現(xiàn)，為本地生活污染（夜市）；奎星廣場、天香街附近污染團晝夜均出現(xiàn)，為本地生活污染（餐飲）。
區(qū)域二污染分布圖（圖4）給出了該區(qū)域的主要污染分布，結(jié)合實地狀況由左至右依次分析判斷：青木苑、祥瑞步行街周邊污染團白天集中于南邊，夜間為彌散型，為交通污染、道路施工污染及生活污染；鼎山大道沿線污染團集中出現(xiàn)于7日、8日兩天的早間及午后，為交通污染；瑯山大道長風(fēng)路口污染團出現(xiàn)時間不固定，集中于上下班高峰期，周邊有加油站，為交通污染。天之味酒樓污染團集中于午間及傍晚吃飯時間，為生活污染（餐飲）。江州大道、文菁路沿線污染團夜間出現(xiàn)，為生活污染（夜市）。交警支隊后側(cè)污染團白天出現(xiàn)，污染彌散，為本地生活和交通污染。
區(qū)域三污染分布圖（圖5）給出了該區(qū)域的主要污染分布，結(jié)合實地狀況由左至右依次分析判斷：艾坪山山腳位置污染團日間周期性出現(xiàn)，為建筑施工污染；幾江中學(xué)、鼎山大道周邊污染團白天周期性出現(xiàn)，為建筑施工污染。瑯山中心校污染團夜間出現(xiàn)，為生活污染（夜市）。
區(qū)域四污染分布圖（圖6）給出了該區(qū)域的主要污染分布，結(jié)合實地狀況由上至下依次分析判斷：客運站及轉(zhuǎn)盤周邊污染團幾乎全天出現(xiàn)，集中于早晚高峰，為交通污染和生活污染；丁香街沿線污染團日間出現(xiàn)，特別是于7日早、午集中出現(xiàn)，為交通污染（擁堵）。
敏感點分析：結(jié)合4日中午至5日早上的江津區(qū)空氣自動監(jiān)測站PM10連續(xù)數(shù)據(jù)圖（圖7 ），可以看出在4日18點至22點，兩自動站PM10有明顯數(shù)值增高過程，判斷為傍晚高峰及人為活動形成的近地污染整體升高。其中西關(guān)自動站數(shù)據(jù)有明顯異常升高，并在21點左右達到峰值。由4日18點至5日4點的風(fēng)場后向軌跡圖（圖8）可知時間段內(nèi)為完全下降氣流，持續(xù)受東北風(fēng)向影響，隨后轉(zhuǎn)為西北風(fēng)。即污染自東北風(fēng)形成，至西北風(fēng)向消散。
如污染影響圖（圖9）中所示，箭頭所指點位為西城環(huán)境空氣自動監(jiān)測位置，閉合線圈出的位置即為可能對自動站周邊造成影響的污染團，箭頭為對應(yīng)污染團對自動站影響的路徑。污染主要貢獻過程為：鼎山大道、客運站轉(zhuǎn)盤周邊污染團在監(jiān)測點位正東北方向，污染出現(xiàn)時間在18～22點，距離較近，直接影響自動站數(shù)據(jù)。青木苑、祥瑞大道步行街及鼎山大道沿線污染團出現(xiàn)時間為17～23點，在監(jiān)測點位東北方向，受當(dāng)時風(fēng)向作用直接影響自動站數(shù)據(jù)。鞍子街及天香街污染團在監(jiān)測點位東北方向，污染出現(xiàn)時間為10～22點，隨當(dāng)時風(fēng)向會對自動站數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定影響。西門轉(zhuǎn)盤及三通街周邊污染團在監(jiān)測點位正北方向，夜間出現(xiàn)，會對自動站數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定影響。此外的其他污染團，如鼎山隧道、對岸德感周邊污染團等，因污染出現(xiàn)時間和當(dāng)時風(fēng)向原因等，未對此次污染過程提供貢獻。其中以德感周邊污染為例：出現(xiàn)時間至夜間23點，并處于西北位置，此時為東北風(fēng)向，污染未能擴散至監(jiān)測點位。隨后凌晨3點風(fēng)向轉(zhuǎn)向至西北，此時德感周邊已無污染團。
由此可見，此次過程中敏感點受東北方向污染團影響較大，主要為城市內(nèi)污染（交通、建筑施工及生活污染）。
3.3切面監(jiān)測
連續(xù)切面掃描數(shù)據(jù)圖（圖10）可直接顯示切面上的氣溶膠變化和切面上污染物通量，污染邊界及過境污染。6月6日晚22點至7日凌晨4點的連續(xù)切面掃描數(shù)據(jù)圖像，圖像每2 h一張。從圖像中我們看到了從22日零點開始的明顯污染團過境過程，并于次日3點完全過境，導(dǎo)致近地污染增加，污染團高度在1000 m左右。同時也觀測到，這段時間城市PBL層高度在400 m～600 m之間。
4結(jié)論
江津區(qū)主要生活污染為居民生活、餐飲油煙、夜市燒烤等，移動污染主要為主干道及城市核心街區(qū)汽車尾氣、主河道船舶尾氣。固定污染源為城市周邊磚瓦窯企業(yè)和沿江碼頭堆場和部分地塊裸土揚塵。外來污染源主要為城區(qū)正北方向新城建設(shè)污染擴散、東北方向工業(yè)園區(qū)污染擴散、長江對岸毗鄰區(qū)堆場、碼頭污染擴散。輸送通道主要是由北向南，由西向東。其中外來源形成時間集中于夜間至早晨，而本地污染源主要在日間形成城市污染，污染物明顯呈周期性變化。
對于敏感點（空氣自動監(jiān)測站），西城站受本地污染及外來污染雙重影響，日間道路污染影響交大，夜間受北部污染擴散影響。東城站受本地源污染較少，但易受到北部污染擴散影響。
利用3D可視激光雷達技術(shù)進行城市大氣污染監(jiān)測研究，可以明確城市中的大氣污染點源的空間分布和污染排放的時間分布，得到相對準(zhǔn)確的城市污染源對于城市環(huán)境空氣質(zhì)量影響的信息，同時也可以分析外來污染源的來源、成因、輸送通道、具體影響等，將為城市大氣污染源解析提供更多的方法和選擇，為城市環(huán)境空氣監(jiān)測-預(yù)警機制的進一步建立打下了良好基礎(chǔ)，為環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展政策的制定提供依據(jù)。
2017年6月綠色科技第12期
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關(guān)鍵詞 地震 生命探測儀 SR（Snake Robat） 多技術(shù)融合
中圖分類號：TN215 文獻標(biāo)識碼：A
1多技術(shù)融合的生命探測儀的研究意義
地震、滑坡、泥石流、雪崩等自然災(zāi)害已經(jīng)嚴(yán)重影響和制約了人類社會經(jīng)濟的發(fā)展。21世紀(jì)以來，全世界已有約500萬人死于各種自然災(zāi)害，8億人生活受到影響，人類每年創(chuàng)造的財富約有10%被各種自然災(zāi)害吞噬。作為一個多地震的國家，我國本世紀(jì)已經(jīng)發(fā)生多次強地震（近年來所發(fā)生的大地震情況分布及其所帶來的災(zāi)難如表1所示）。我國與其他國家相比，在應(yīng)對地震災(zāi)難方面顯然還存在著許多不足之處。
面對如此頻繁的地震災(zāi)害，當(dāng)務(wù)之急是開發(fā)新技術(shù)新設(shè)備提高災(zāi)后緊急搜救的能力。因此，研究多技術(shù)融合的生命探測儀可以為災(zāi)后的救援工作提供有力的幫助。這對保護人民生命、體現(xiàn)以人為本、構(gòu)建和諧社會、維護社會穩(wěn)定具有重要意義。
2基于多技術(shù)融合的生命探測儀“SR”的設(shè)計原理
面對地震，雖然已經(jīng)擁有了多種高科技的生命探測儀，但是事實證明各種探測儀器均存在一定的缺點。本文即基于現(xiàn)有探測儀的各種性能比較，設(shè)計一種全新的探測儀器――“探命蛇”（Snake Robat，簡稱“SR”）。
2.1簡介
“SR”作為一種需要在廢墟中搜救生命的先進儀器，它具有蛇一樣的外形，是一種融合了先進的紅外線光感技術(shù)和雷達聲波技術(shù)，可對災(zāi)后地區(qū)實行搜救的探測工具。
2.2主要構(gòu)成
2.2.1蛇皮――鉻金屬的融合
鉻是“SR蛇皮”的主要組成成分。據(jù)現(xiàn)有資料分析可知，鉻（也可叫可多米）鍍在金屬上可以防銹，既堅固又美觀。而且，鉻具有很高的耐腐蝕性，在空氣中，即便是在熾熱的狀態(tài)下，氧化也十分地緩慢，且不溶于水，其質(zhì)硬而脆，是堅硬“鎧甲”的不二之選。
2.2.2蛇形――精巧的設(shè)計
此外，為了便于在亂石縫隙中穿梭自如，“SR”的體型應(yīng)盡可能的小。這就對其內(nèi)部的零件設(shè)計有了很高的要求（做到“麻雀雖小，五臟俱全”的地步）。它的主體非常柔韌，像是通下水道用的蛇皮管，能在瓦礫堆中自由扭動。
2.2.3蛇眼――光感與視頻技術(shù)的融合
“SR”的頭上裝有一個微型的生命感應(yīng)器，主要是利用光反射進行生命探測生成清晰的圖像以供搜救人員探查廢墟中的具體情況。它的主要功能是，隨時隨地都能感受到微弱的生命跡象。
2.2.4蛇耳――擴聲器的運用
“SR”頭部兩側(cè)還有一雙十分小巧玲瓏的“耳朵”――擴聲器，目的是用來“傾聽”十分微弱的呼吸頻率和心跳。
2.2.5蛇信――電磁波與雷達技術(shù)的融合
“SR”的“蛇信子”采用以電磁波探測為媒介，探測呼吸、心跳所引起的人體體表微動，進而提取所需的生命體征參數(shù)，并判斷有無生命體存在的超寬譜生命探測雷達。
2.2.6蛇身――視頻與音頻以及通訊技術(shù)的融合
“SR”身體里“隱藏”著的微型攝像頭和話筒將傷員情況傳達給外界，這樣，搜救人員就能通過電腦監(jiān)控視頻了解到廢墟之中的情況甚至于與傷員進行簡短的通話。為了保證不受震后網(wǎng)絡(luò)癱瘓的干擾，“SR”采用的通訊技術(shù)是Zigbee技術(shù)。
3可行性及設(shè)計優(yōu)勢分析
“SR”鉻金屬的融合使得其具有堅硬的外殼，又不失柔韌，在取材上實現(xiàn)了創(chuàng)新。呈“蛇身”的形體，使得在瓦礫碎石中行動自如。
由微型的生命感應(yīng)器組成的“蛇眼”探頭，可深入極微小的縫隙探測，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)被困人員，其深度可達幾十米以上，特別適用于對難以到達的地方進行快速的定性檢查。相對于現(xiàn)下的熱紅外線探測儀來說，“SR”結(jié)合了先進的光反射技術(shù)，夜視功能更強、探測距離更遠(yuǎn)，微小的體型，攜帶便捷，克服了熱紅外線探測儀行動不便的缺點。
“SR”的“蛇信”汲取了超寬譜生命探測雷達技術(shù)的精髓，具有發(fā)射脈沖極窄、高距離分辨率、穿透能力強和較好的抗干擾能力等優(yōu)點，避免了聲波探測儀容易受周圍寬頻噪聲影響大的弊端。且結(jié)合了電磁波技術(shù)，能夠利用光的干涉、衍射、偏振.在全息投影技術(shù)中使人們視覺上看到立體影像，再加上“蛇身”里隱藏的CCD微型攝像頭，具有體積小重量輕，功耗小，抗沖擊與震動，性能穩(wěn)定，壽命長；靈敏度高，動態(tài)范圍大；響應(yīng)速度快，生產(chǎn)成本低等特點。還采用了三維激光掃描系統(tǒng)，圖像采集的分辨率不低于680-480，測量精確、范圍廣，大大提高了搜救的準(zhǔn)確度。
“蛇耳”部分的擴聲器與隱藏在“蛇身”中的話筒相結(jié)合，不僅可以使外界“聽到”廢墟中虛弱的呼救聲，而且可以與傷員進行簡短的通話，在實行有效施救時可安撫傷員情緒。
而所采用的Zigbee通訊技術(shù)組成的是一種低速率的無線區(qū)域網(wǎng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉并且網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)點，其數(shù)據(jù)傳輸可靠、通信范圍廣，適合于在復(fù)雜的巷道結(jié)構(gòu)中及時與救援人員取得聯(lián)系，執(zhí)行監(jiān)測和搜救任務(wù)。
4總結(jié)
本文通過對生命探測儀技術(shù)相關(guān)的一些學(xué)術(shù)論文的研讀，并經(jīng)過一定的研究探討，在一些先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有最具代表性的生命探測儀的優(yōu)缺點，構(gòu)想出以上一款多技術(shù)融合的生命探測儀“SR”。筆者認(rèn)為，災(zāi)難帶給我們的思考并不僅僅是上述的一個“SR”的構(gòu)想，更應(yīng)該值得我們永久地去探究未來的高深科技。
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關(guān)鍵詞:無損檢測;瀝青路面;應(yīng)用
中圖分類號:U416.217文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1673-0992(2010)03-068-01
我國高速公路的通車?yán)锍棠壳耙呀?jīng)居于世界第二位,其中,瀝青路面占我國公路的大部分,因此,必須加強對瀝青路面的養(yǎng)護管理,確保提供可接受的服務(wù)水平。傳統(tǒng)的檢測手段和評價方法很難對路面的離析做出準(zhǔn)確和定量的判斷。綜合采用適當(dāng)?shù)臒o損檢測技術(shù),才有可能獲取大樣本的檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,快速直觀地發(fā)現(xiàn)離析范圍及分析離析產(chǎn)生的原因,針對性地提出防止離析的措施,從而有效提高瀝青混凝土路面的施工質(zhì)量。本文結(jié)合目前路面檢測分析總結(jié)了路面承載力、平整度、路面損壞狀況主要檢測新技術(shù)的應(yīng)用。
一、路面無損檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
無損檢測技術(shù)主要應(yīng)用于施工質(zhì)量檢測與控制,通過采用先進、高效的檢測評價技術(shù),能夠及時發(fā)現(xiàn)工程質(zhì)量隱患,有效地防止路面出現(xiàn)各種早期破壞。在道路建成后的養(yǎng)護管理階段,隨著使用時間的增加,相應(yīng)地,在不同時期恢復(fù)路面使用性能所需要的費用也明顯不同,這就給養(yǎng)護決策提出了最佳修復(fù)方案或養(yǎng)路資金優(yōu)化分配問題。當(dāng)前公路路面檢測的總體趨勢是由人工檢測向自動化檢測技術(shù)發(fā)展,由破損類檢測向無損檢測技術(shù)發(fā)展,由低速度、低精度向高速度、高精度發(fā)展。常用的無損檢測技術(shù)主要有以下幾種:
1.超聲波檢測技術(shù)
超聲波路面檢測技術(shù)主要是通過發(fā)射超聲波到材料介質(zhì),接收反射波的相關(guān)參數(shù),進而判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部破損情況的一種新型無損檢測方法,在接收超聲波的主要參數(shù)中,最常用的是波速參數(shù),即通過檢測超聲波在路面材料中的傳播速度來分析其力學(xué)性能的方法。由于它具有激發(fā)容易、檢測簡單、操作方便、價格便宜等優(yōu)點,在路面檢測中的前景非常廣闊,現(xiàn)已成功地應(yīng)用于檢測路基路面材料的密實度與彈性模量,檢測混凝土的抗壓強度、抗折強度,檢測路基路面的厚度與孔隙以及路基快速測濕等。
2.激光檢測技術(shù)
激光全息技術(shù)是激光無損檢測中應(yīng)用最早且最多的一種方法,其基本原理是通過對被測物體施加外加載荷,利用有缺陷部位的形變量與其他部位不同的特點,通過加載前、后所形成的全息圖像的疊加來判斷材料、結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在不連續(xù)性。激光超聲技術(shù)是近年無損檢測領(lǐng)域中迅速發(fā)展并得到工程應(yīng)用的一項十分引人注目的新技術(shù),在路基和路面檢測中,激光主要應(yīng)用于距離測定、紋理深度測定、彎沉測定、車轍深度及平整度測定幾個主要方面。
3.圖像技術(shù)
圖像技術(shù)包括紅外成像技術(shù)和激光全息圖像技術(shù)。紅外成像技術(shù)主要是利用不同材料介質(zhì)導(dǎo)熱性能不同的原理,利用高精度的熱敏傳感器可以檢測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的熱傳導(dǎo)規(guī)律和溫度場分布狀況,將檢測得到的數(shù)據(jù)圖像化,從而將結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況呈現(xiàn)出來。具有精細(xì)度高、直觀可靠、能夠給出全場情況等優(yōu)點。
4.探地雷達技術(shù)
探地雷達技術(shù)作為一種無損檢測高新技術(shù),具有精度高、圖像直觀等特點。探地雷達可對對象作連續(xù)檢測,能比較直觀地表現(xiàn)檢測目標(biāo)物;其具有非破壞性探測、速度快、輕便小巧、抗干擾性強、分辨率高、操作方便等優(yōu)點,由于探地雷達方法具有快速、連續(xù)、無損檢測的特點,在檢測混凝土路面質(zhì)量起到了一定的作用。
二、探地雷達技術(shù)的定義及工作原理
1.探地雷達技術(shù)的定義
探地雷達是利用高頻或超高頻脈沖電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法。實踐表明,它可以分辨地下較淺范圍內(nèi)的介質(zhì)分布。因此,雷達方法以其特有的高分辨率,在工程地質(zhì)勘察,災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查,公路工程質(zhì)量的無損檢測,考古調(diào)查以及工程施工質(zhì)量監(jiān)測等淺層與超淺層地質(zhì)調(diào)查中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
2.雷達病害識別的原理與方法
在道路結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的檢測中,結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的病害主要表現(xiàn)為如下三種形式:(l)層間脫空:瀝青面層與基層表面之間出現(xiàn)空隙,這主要是兩個層面之間施工時粘合不好或是透水性設(shè)計不當(dāng)造成的。如:有許多鉆孔資料顯示,在脫空部位常常存在lmm~2mm的灰土層,這是由于施工期間清理不完善的所造成的;另外,如果基層透水性較好,則很容易在層間形成充氣脫空;如果基層透水性不好就很可能會使面層與基層之間形成充水脫空。(2)層內(nèi)蜂窩:這主要是在施工時由于壓實度不夠造成的。若是深入了水則會形成層內(nèi)富水區(qū)。(3)地基基礎(chǔ)變形:主要會引起瀝青面層發(fā)生裂隙、脫空甚至塌陷等現(xiàn)象。由此可以看出,結(jié)構(gòu)層的病害的表現(xiàn)千差萬別,但具體原因主要是由于空氣或水的進入而造成的,這便成了我們應(yīng)用路面雷達進行病害檢測的前提。
三、探地雷達無損檢測瀝青路面缺陷的具體應(yīng)用
1.瀝青路面缺陷的具體表現(xiàn)
一般情況下,瀝青路面的損壞,可以分為兩類:一類是結(jié)構(gòu)性損壞,包括路面結(jié)構(gòu)整體或其中某一個或幾個組成部分的破壞,使路面達到不能承受預(yù)定的車輛荷載;另一類是功能性損壞,它也有可能并不伴隨有結(jié)構(gòu)性損壞而發(fā)生,但由于平整性、抗滑能力等因素的下降,使其不再具有預(yù)定的使用功能,從而影響行車質(zhì)量。功能性破損一般是表面性的,易于識別,其破損原因也比較清楚。
2.結(jié)構(gòu)缺陷的基層探地雷達信號特征
根據(jù)上述分析,施工過程中基層缺陷可分為:層間分界面處出現(xiàn)松散夾層,連接性差;層內(nèi)局部孔隙度大,內(nèi)部松散;局部離析。以下就三類基層施工過程中出現(xiàn)的缺陷探地雷達信號特征結(jié)合實際資料分別研究說明:
(1)層間連接性差的探地雷達信號特征。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在路面基層的底界面、或基層較厚而分層鋪筑的分界面處,產(chǎn)生該類缺陷的原因往往是因為上層鋪筑時對下層表面處理不當(dāng)或筑料攪拌不均或出現(xiàn)離析而導(dǎo)致的,在探地雷達檢測剖面圖上呈現(xiàn)出較強的異常帶。鉆芯驗證表明,一旦出現(xiàn)明顯的此類異常,按垂向分辨率理論分析,其松散夾層厚度往往大于3cm。
(2)結(jié)構(gòu)層離析的探地雷達信號特征。路面基層內(nèi)的離析部位,因鋪筑材料出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散,空隙度變大,空隙內(nèi)充填為相對介電常數(shù)為1的氣體,而周圍的正常密實區(qū)因密實并具有足夠的濕度,其相對介電常數(shù)遠(yuǎn)大于松散與離析部位,二者間的界面將成為很強的電磁波反射界面,若離析體充有飽和水,其介電常數(shù)遠(yuǎn)木周圍介質(zhì),二者間的界面仍將成為很強的電磁波反射界面。由此可見,只要路面基層內(nèi)存在離析,即具備開展雷達技術(shù)探測的物理前提條件,從而達到檢測路面基層內(nèi)松散與離析的目的。
(3)結(jié)構(gòu)層松散的探地雷達信號特征。這種現(xiàn)象多出現(xiàn)在橋涵兩側(cè),一般是由于下層(如墊層)標(biāo)高低于設(shè)計標(biāo)高,造成上層單層厚度超過分層碾壓厚度要求,使其因壓實度降低而引起。路面基層內(nèi)若存在局部松散(壓實度底)必然會導(dǎo)致介電常數(shù)的不同,電磁波在此發(fā)生反射,地面可接收到相應(yīng)的雷達剖面異常圖像。這種松散體界面處引起的異常幅度一般較大,判斷其邊界的定性方法為:依據(jù)在不均勻體邊界處有連續(xù)的反射波同相軸中斷或彎曲分布叉,其內(nèi)波長變長,波幅明顯變化,反射波組特征也發(fā)生明顯變化。
通過對路面病害的實地踏勘、鉆孔取芯、探坑挖驗及無破損檢測等手段,相互驗證了路面病害的范圍、程度,經(jīng)過大量試驗的驗證,基本符合路面病害的實際狀況。
四、結(jié)語
總之,路面檢測與評價技術(shù)在檢測和控制施工質(zhì)量、提高公路養(yǎng)護管理科學(xué)化水平及改進路面設(shè)計等方面都具有十分重要的地位和作用,路面檢測評價技術(shù)水平的不斷提高,對病害進行針對性、預(yù)防性養(yǎng)護,防止病害的快速發(fā)展,甚至根治這些病害,對于延長道路使用壽命,降低運營成本有著積極的意義。③
參考文獻:
[1]楊曉豐,李云峰;路基路面檢測技術(shù)[M]北京:人民交通出版社,2007.02
關(guān)鍵詞:無損檢測雷達組合天線預(yù)應(yīng)力鋼絞線定位
中圖分類號： TU375文獻標(biāo)識碼：A
概述： 在土木工程建筑質(zhì)量無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，雷達檢測技術(shù)是一項新興的檢測技術(shù)，工程質(zhì)量的檢測方法一直是工程質(zhì)量的重要保證。隨著科技水平的不斷提高，檢測手段也逐年進步，從以往的局部破損檢測到現(xiàn)在比較常用的無損檢測。其中工程雷達作為現(xiàn)在比較先進的檢測儀器在歐美等國家被廣泛采用。
近年來，混凝土雷達檢測領(lǐng)域一直在推陳出新，但真正有重大技術(shù)突破的技術(shù)產(chǎn)品很少，大部分的混凝土雷達產(chǎn)品都是使用單一頻率天線，通常只能解決單排鋼筋及相對簡單工況條件的問題，對于多排鋼筋的準(zhǔn)確定位及密集鋼筋下結(jié)構(gòu)缺陷的判斷一直鮮有突破。而且目前大多數(shù)的結(jié)構(gòu)雷達采集和后處理軟件操作相對復(fù)雜，通常需要有很強物探專業(yè)背景的人才能有效進行分析，結(jié)果不夠直觀，無法讓業(yè)主單位、設(shè)計單位、質(zhì)檢單位、監(jiān)理單位、施工單位一目了然的看出問題，極大制約了該方法在混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測領(lǐng)域的推廣。
適應(yīng)工程現(xiàn)場工況、安全便攜、操作舒適、直觀明了是工程檢測人員一直以來的訴求。PS1000 X-scan混凝土結(jié)構(gòu)透視儀采用專業(yè)的一體化設(shè)計方式，獨特的多組天線同時工作及可變頻率技術(shù)，實現(xiàn)了混凝土結(jié)構(gòu)快速連續(xù)高效無損檢測。
工程雷達基本原理
工程雷達(Ground Penetrating Radar,簡稱GPR)是一種先進的無損檢測新技術(shù)，它是利用寬頻帶高頻電磁波信號探測介質(zhì)結(jié)構(gòu)分布的無損探測儀器。它通過雷達天線對隱蔽目標(biāo)體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的掃描圖像，具體工作原理就是：當(dāng)雷達系統(tǒng)利用天線向地下發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質(zhì)內(nèi)部傳播遇到介電差異較大的介質(zhì)界面時，就會反射、透射和折射。兩種介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術(shù)處理，形成全斷面的掃描圖，工程技術(shù)人員通過對雷達圖像的判讀，判斷出目標(biāo)物的實際結(jié)構(gòu)情況。
PS1000X-Scan雷達的基本原理、功能及技術(shù)特點
PS1000X-Scan型雷達在檢測時3組天線同時工作，利用時間延遲器推遲各道的發(fā)射和接收時間，形成一個疊加的雷達紀(jì)錄，改善系統(tǒng)的聚焦特性，即天線的方向特性，使其聚焦效果較好；其收發(fā)分置數(shù)據(jù)采集方式即天線的發(fā)射端和接收端在不同天線內(nèi)部，天線間距相對較大，這種采集方式對與天線掃描方向有一定傾斜角度的結(jié)構(gòu)體反應(yīng)較好； 天線陣中有三組不同頻率的天線,最高頻率達4.3 G,不同頻率天線對不同檢測深度有著足夠的分辨率，不同位置的天線對同一目標(biāo)體有不同角度的探測，可提高檢測的精度和效率，可實現(xiàn)對被測區(qū)域不同深度、不同精度的多方位探測，儀器內(nèi)部配置了分析功能軟件可迅速觀察混凝土內(nèi)部埋置物真實分布，并且可以現(xiàn)場三維直觀成像,從而更好滿足實際工程需要。
技術(shù)特點：
PS 1000X-Scan混凝土結(jié)構(gòu)透視儀采用3組天線同時工作
圖一
從圖一中可清晰看出PS1000獨特的三組天線設(shè)計，這種組合天線設(shè)計，同時工作，確保了可以有更強的信號穿透，獲得更多的有效數(shù)據(jù)信息，極大提高探測效率。
從下圖中可以清楚看出PS1000多組組合天線相較于其他產(chǎn)品的優(yōu)勢，每組天線獨立工作，可以更好的分辨小間距鋼筋及重疊鋼筋
圖二
（二）直觀顯示
將直接顯示混凝土內(nèi)部埋置物分布。無需復(fù)雜培訓(xùn)，一般的工程檢測人員都可以讀懂的圖像顯示的探測結(jié)果。
（三）三維成像
三維立體成像，便于分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況及構(gòu)成方式。
工程應(yīng)用實例1
浙江某隧道工程，第三方檢測單位在利用地質(zhì)雷達掃查隧道內(nèi)襯時懷疑環(huán)向鋼筋局部缺失,而施工單位認(rèn)為不存在上述情況, 特委托我單位采用喜利得PS1000X-Scan型雷達復(fù)核,復(fù)核結(jié)果為鋼筋不存在缺失,為確認(rèn)情況,對我方標(biāo)出鋼筋部位鑿開當(dāng)場驗證,均準(zhǔn)確無誤,事后了解情況, 主要是因為隧道內(nèi)襯保護層過厚, 局部接近300mm,而環(huán)向鋼筋直徑僅16mm,第三方檢測單位采用普通地質(zhì)雷達,配置500M及900M兩種天線,分辨率不高,圖形上鋼筋反射不明顯,導(dǎo)致檢測人員發(fā)生漏判。以下圖1、圖2分別為保護層厚度為50mm和300mm鋼筋反射信號, 圖3為PS1000X-Scan型雷達圖像,經(jīng)比較,圖2的信號圖像不清晰,易導(dǎo)致誤判,而圖三圖像簡單直觀,無需雷達專業(yè)知識就能做出判定。
圖一 h=50mm 鋼筋地質(zhì)雷達圖像
圖二 h=300mm 鋼筋地質(zhì)雷達圖像
圖三 h=80mm 鋼筋PS1000X-Scan型雷達圖像
工程應(yīng)用實例2
波密某大橋是上世紀(jì)初建造，是318國道的重要一環(huán)，承擔(dān)著繁重的交通流量，因年歲久遠(yuǎn)，原有工程資料丟失，如何對橋梁進行有效評估是急需解決的問題，而精確定位預(yù)應(yīng)力鋼絞線的存在情況與位置是核心的一步。
圖一 圖二
現(xiàn)場選取了典型的位置，如圖二所示，通過對所采集的圖像進行簡單分析，清楚看到兩根預(yù)應(yīng)力鋼絞線的情況，見圖三。
圖三
利用PS1000X-Scan型雷達在對某大橋進行預(yù)應(yīng)力鋼筋位置確定,經(jīng)過600mm╳600mm的圖像掃描,可清晰發(fā)現(xiàn)在掃差范圍能存在兩條斜向預(yù)應(yīng)力索,經(jīng)鉆孔驗癥,誤差小于1厘米,而常規(guī)雷達對多層鋼筋網(wǎng)片下的預(yù)應(yīng)力筋位置根本無法判別。
結(jié)語：
本文對PS1000X-Scan型混凝土雷達的工作原理作了簡單的闡述，并介紹了兩個典型工程實例。PS1000X-Scan型作為一種最新的多組合變頻雷達探測儀器，在土木工程檢測中具有速度快、分辨率高、圖像容易識別的優(yōu)點，必在以其快速、無損、準(zhǔn)確、直觀的特點取代常規(guī)的雷達測試設(shè)備，成為土木工程中一種重要的檢測工具。
參考文獻:
[1] 林維正 土木工程質(zhì)量無損檢測技術(shù)北京 中國電力出版社
【關(guān)鍵詞】L波段;功率合成;Wilkinson功分器;匹配電路
1.引言
在雷達系統(tǒng)應(yīng)用中，發(fā)射系統(tǒng)功率增大意味著具有更遠(yuǎn)的作用距離。因此，提高發(fā)射系統(tǒng)的輸出功率對雷達系統(tǒng)性能的提高至關(guān)重要[1]。
隨著半導(dǎo)體材料和制造工藝的進步，人們在固態(tài)微波器件領(lǐng)域取得了突飛猛進的進展，單個功放器件輸出功率逐漸增加，但是單個固態(tài)功放輸出的功率仍然難以滿足系統(tǒng)的需要[3]。因此采用功率合成技術(shù)提高輸出功率以滿足系統(tǒng)功率需求就成為一種非常有效的解決方法，在目前雷達系統(tǒng)中得到了廣泛使用。
在功率合成器設(shè)計中，功率合成器插損、通道間相位不一致性、幅度不一致性會影響合成效率。相對于電橋結(jié)構(gòu)，Wilkinson功分器在幅度一致性，相位一致性的性能上具有明顯的優(yōu)勢[4]。
因此在本文中，采用三級Wilkinson并饋結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一款L波段功率合成器，工作頻段1.2GHz-1.4GHz，輸出端口反射系數(shù)S11
2.原理分析
2.1 歸一化Wilkinson功分器奇偶模分析[5]
對于偶模激勵，沒有電流流過隔離電阻，因此不產(chǎn)生作用，可認(rèn)為r/2阻值0Ω接開路。如圖1所示：
圖1 歸一化的Wilkinson偶模電路
則從端口2向里看阻抗為：
Zine= （1）
這樣，若Z=，則對于偶模激勵端口2匹配。
對于奇模激勵，沿著Wilkinson功分器的中線是電壓零點，如圖2所示。
圖2 歸一化的Wilkinson奇模電路
端口1短路經(jīng)過傳輸線為開路，因此，從端口2看向功分器，為r/2，這樣，選擇r=2，奇模端口2匹配。電阻將奇模的功率吸收，而沒有反射回端口2，從而使端口2匹配。
通過以上分析，Wilkinson功分器在單頻點上可以達到3個端口完全匹配。
2.2 匹配電路加寬合成器工作帶寬
由于色散效應(yīng)，造成了功率合成器有一定的帶寬。50Ω經(jīng)過特性阻抗50Ω電長度傳輸線后阻抗為：
Z=50×=50 （3）
由于在中心頻率f0為，因此Wilkin-son功分器輸入端口阻抗可表示為：
Zin=Z/2= （4）
Wilkinson功分器輸出端口阻抗可表示100Ω經(jīng)過特性阻抗50Ω電長度傳輸線后的阻抗：
Zout=100×= （5）
由公式（4）可推導(dǎo)出理論上單個Wilkin-son功分器S11
圖3（a） Wilkinson功分器輸出端口阻抗
圖3（b） Wilkinson功分器輸入端口阻抗
圖3（c） Wilkinson功分器輸入端口經(jīng)過阻抗匹配后的輸入阻抗和Wilkinson功分器輸出端口阻抗
為了展寬帶寬，本文在第二級和第三級之間加入匹配電路，使第二級兩路合成器輸出阻抗（Wilkinson功分器輸入阻抗）和第三級2路合成器輸入阻抗（Wilkinson功分器輸出阻抗）接近共軛匹配如圖3（c）所示。以實現(xiàn)8合1功率合成總輸出端口駐波指標(biāo)。
由圖3（a），圖3（b）功分器輸入阻抗和輸出阻抗經(jīng)過匹配電路得到圖3（c），匹配電路長度接近，并且需加入了一定的阻抗變換。
3.8路功率合成器的設(shè)計
通過上述理論得到的8路合成器如圖4所示，采用Taconic公司RF-35板材，物理尺寸為280mm×85mm?？諝馇桓叨葹?5mm。
圖4 8路合成HFSS模型
圖5 8路合成器輸出端口反射系數(shù)
圖6 8路合成器輸入端口反射系數(shù)
圖7 8路合成器插損
圖8 通道間相位差
最后8路合成器輸出端口反射系數(shù)如圖5所示，在工作帶寬1.2GHz-1.4GHz，輸出端口反射系數(shù)S11<-25dB。
由圖6可知，工作帶寬1.2GHz-1.4GHz內(nèi)，輸入端口反射系數(shù)小于-20dB，一般當(dāng)輸出端口接的負(fù)載駐波小于2時，功放仍然能正常工作。此指標(biāo)保證了當(dāng)有功放損壞時，不會導(dǎo)致其他完好功放也損壞。
由圖7、圖8可知插損平均為-9.33dB，幅度不一致性
4.總結(jié)
本文應(yīng)用并饋結(jié)構(gòu)和Wilkinson功分器實現(xiàn)8路合成，保證相位和幅度的一致性。由于不加匹配時，8路合成器帶寬窄，達不到指標(biāo)要求，本文通過在第三級和第二級Wilkinson功分器之間加入匹配電路保證工作頻帶內(nèi)輸出端口反射系數(shù)較小，極大改善了因反射導(dǎo)致的插損，提高了合成效率，設(shè)計了一款性能良好的8路合成器。
參考文獻
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作者簡介：
汪灝（1987―），男，浙江衢州人，碩士，助理工程師，現(xiàn)供職于西安電子工程研究所，研究方向：固態(tài)發(fā)射機技術(shù)。
