读者之窗

答读者问　　在《高速脉冲技术的新应用》一文发表后,我陆续收到一些同志的查询,现在将有关问题回答如下。一、关于探地与探空雷达的重大差异印刷稿有疏漏之处,现更正如下（１）目标特性探空雷达探测目标大都是金属物体,目标回波能量大;而探地雷达的探测目标深埋地下,一般为非金属体,它们与周围环境介质差异小,因而回波能量也小。（２）探测路径探空雷达的发射电磁波束的传输路径单纯,基本上是衰减小的大气层;而探地雷达发射电磁波束的传输路径是情况不明的地下不均匀层,它们对电磁波的衰减远强于大气层。二、关于微型探测器芯片…     

基于探地雷达的地下管线埋深估计方法

探地雷达已经成为城市地下管线,尤其是非金属管线探测的重要手段之一,但由于地下介质复杂,利用探地雷达估计地下管线埋深时仍存在精度不足和抗干扰能力弱等问题。本文提出使用三维速度谱方法来估计雷达剖面中的地下管线埋藏深度,通过自动扫描双曲线反射信号来计算出电磁波在地下介质中的传播速度。仿真数据和实际数据表明,三维速度谱方法估算的速度值与真实值之间的误差小于3.8%。最后,使用估算的速度值对探地雷达剖面进行背向传播偏移处理,获取准确的地下管线埋深。     

高频探地雷达安检软件系统设计与实现

高频探地雷达包含1.6 GHz雷达天线、雷达主机和无线终端三部分。无线终端通过2.4 GHz UHF WiFi与雷达主机相连,采用自定义数据传输协议控制雷达主机状态,调整信号增益和时间窗,并通过无线终端实时显示探测结果。文中在高频探地雷达基础上,开发基于Android的安检软件系统,用于检测金属危险品。通过对非金属目标和金属目标的实验测试,研究不同距离情况下探测结果的差异。结果表明,探测距离相同时,金属目标的反射信号较强,非金属目标的反射信号较弱。通过反射信号的差异,安检软件系统能够实现对金属危险品的检测。     

地下管线渗漏环境下探地雷达信号特征分析

探地雷达(GPR)在地下水管渗漏的检测中具有良好的应用前景。前期研究表明:地下水管的渗漏会在雷达剖面中形成震荡信号,但其形成机理尚不明晰。为揭示不同材质地下管道渗漏后的探地雷达信号特征的成因,该文结合物理模型试验与渗流场-电磁场数值模拟分析干砂中PVC管和金属管渗漏前后雷达信号特征、渗漏后震荡信号的形成机理和电磁波传播路径。结果表明:地下水管发生渗漏后,管道周围区域出现一定分层状态,电磁波在传播过程中存在更多界面反射和界面间的多次波。PVC管渗漏后,管道顶部、底部反射信号和爬行波信号在渗漏区中多次反射形成复杂的震荡双曲线信号,而金属管渗漏后管壁与渗漏区间存在多次反射。研究成果可为探地雷达在地下水管渗漏探测实际应用提供技术支持。     

步进扫频宽带探地雷达信号处理

基于一种步进扫频的宽带探地雷达前端设计,有效地解决探地雷达探测深度和高分辨率的矛盾。该前端系统发射151个步进频脉冲,接收地下物体反射的回波信号,对回波信号进行混频和滤波,然后,选取不同脉冲数处理回波信号,实现了对地探测深度深和分辨率高的优点。用Matlab对步进扫频宽带探地雷达信号进行仿真,并由实验平台验证超宽带步进频在目标探测应用中的有效性。实验结果表明,步进扫频宽带探地雷达可以实现较大的浅地层探测深度和较高的分辨率。     

基于非恒Q衰减模型探地雷达的回波仿真

电磁波在地下介质层中的传播特性及回波仿真技术对于反演地下介质层结构具有十分重要的意义。文中研究了探地雷达信号在有耗介质层中传播的回波仿真问题,基于Debye色散模型定义介质层电磁参数,讨论电磁波在地下介质层中的非恒Q衰减特性和模拟回波信号,得到了探地雷达脉冲在层状介质中传播的回波信号模型和反射回波曲线。仿真结果与当前通用的探地雷达数据仿真软件GprMax进行对比,证明了该方法的有效性。     

探地雷达在地下管线探测中的应用

探地雷达技术是如今适应快速、准确、无损地探测地下障碍物而迅速发展的电磁技术。文中介绍了探地雷达的工作原理及工作方式，并通过结合工程实例来探讨探地雷达在地下管线探测中的广泛应用。     

频率步进探地雷达的SAR成像处理方法

由于冲激脉冲探地雷达平均功率低,限制了其作用距离和探测深度,多用于近地表和浅低层探测。为了提高系统的作用距离和探测深度,常采用频率步进探地雷达。利用频率步进信号的大带宽和高平均功率的特点,不但可以提高作用距离和探测深度,而且成像分辨率可以大为改善。由于介质与空气的介电特性不一致,电磁波的传播路径和传播速度会发生相应的改变,常用的回波模型和合成孔径成像方法不再使用。本文推导出了频率步进探地雷达的回波信号模型,并结合SAR成像理论,针对地下目标探测的特点,提出了分层聚焦的SAR成像处理方法,取得了良好的效果。     

基于超宽带探地雷达技术的探雷系统研究

常规的探雷方式虚警率高、误差大。利用超宽带脉冲探地雷达既可探测金属又可探测非金属的特点,结合探地雷达较好的穿透深度和目标分辨能力,可在空间与介质上对雷区浅地层埋藏的地雷进行区分与成像探测。     

无载频脉冲探地雷达性能分析及其FD—TD法数值模拟计算

探测深度和分辩率是探地雷达的两项重要指标。本文分别对无载频脉冲探地雷达的探测深度和分辩率进行了分析，指出了影响雷达探测深度和分辩率的因素，并利用２。５维时时有限差分方法对雷达的探测性能进行了数值模拟计算，给出了地下单体目标和多体目标的回波信号电平图，并将部分计算结果与实验测试结果进行了对比，二者具有好的一致性。     

地下探测雷达

已研制成一种地下探测雷达,它采用6毫微秒单周期脉冲,具有甚高频频谱。这种雷达能从地表面上非接触地探测地下情况,并通过天线的扫描,显示出大地断面的彩色图象。本文研究了这种地下探测雷达的探测能力,并给出了试制样机的实验结果。首先是在关东地区肥泥土层的地下进行了电磁脉冲穿透性实验,结果证明电磁波在地下的传播速度大约为大气中的1/6(5.4厘米/毫微秒)。其次是用这种雷达探测地下埋设的钢管(直径10厘米),它能清晰地显示达3米的深度。由这个实验也知道了大地的衰减率为6分贝/米左右。同时表明,钢管即使是铺设在柏油路下,也能探测到。混在雷达图象中的噪声和杂波信号可用简单的信号处理电路除去。最后,本文还给出了即使在大地的电气常数为未知的场合下,也能算出物标的位置、深度和电磁脉冲在地下传播的速度的方法。     

基于混沌脉冲位置调制信号的地下管线探测研究

提出了一种基于混沌脉冲位置调制信号的探地雷达系统,可用于城市地下管线探测,该系统以宽带混沌脉冲位置调制信号作为发射信号,利用混沌相关法获取管线埋设深度信息,通过天线扫描实现对管线的二维定位。仿真实现了对地下0.5ｍ、1.0ｍ深处直径为0.2ｍ、0.6ｍ金属和非金属管线的定位,进一步对该系统进行了实验验证。结果表明利用该系统可以对地下不同直径和埋设深度的金属管线或非金属管线进行探测。     

超声波雷达制作

本文介绍一种用途广泛的超声波雷达。当某物体进入其警界范围时即发出“BB”声响,探测范围由200毫米至4米,可利用电路板上的微调电位器来调节探测距离。通过调节该装置与被探测物体之间的探测距离,可以扩展它的用途。它具有以下特点:电路简单,成本低,制作简易。 工作原理 该装置工作原理与雷达相似,所以取名为“超声波雷达”。不过雷达采用微波,而本装置则以超声波操作。 本装置电路主要采用一对40千赫超声波发生器和接收器,以及一个LM567信号解码器IC,其余部分的电路则在物体进入警界范围时驱动继电器和蜂鸣器工作。     

脉冲压缩探地雷达

本文给出了一种可有效地对考古学物体进行成象的新型脉冲压缩探地雷达。雷达采用具有高探测性和高分辨率的性调频脉中信号。     

频谱校正技术在频率步进探地雷达中的应用研究

频率步进方法是探地雷达的工作体制之一。由于地下介质在各个频点对电磁波的衰减程度不同,导致频率步进探地雷达中回波信号频谱已经严重变形。文中基于恒Q模型推导了当考虑地下介质衰减特性时回波频谱的表达式,提出采用频谱校正技术对回波谱白化后进行匹配滤波。仿真结果表明,该技术大大提高了距离像的主旁瓣抑制比和分辨率,提高了地下目标检测能力。     

伪随机序列编码脉冲信号在探地雷达中的应用研究

探测深度是探地雷达最为重要的指标之一,在一定分辨率情况下如何增加探测深度一直是国内外研究的热点问题。该文对伪随机序列编码脉冲信号在探地雷达中的应用进行了研究,分析了伪随机序列编码脉冲信号的特点以及探地雷达对发射信号的应用需求,介绍了一个采用m序列二相脉冲调制的探地雷达实验系统,给出了该系统的测试和实验结果并对实验结果进行了理论分析,实验结果与理论分析十分吻合。分析与实验结果表明:在同样条件下,伪随机序列编码脉冲探地雷达较传统的Impulse探地雷达可以实现更大的探测深度,可以满足考古、地质勘察等深层探测应用的需求。     

探地雷达中蝶形振子天线的改进

探地雷达是进行地下环境无损探测的一种有效工具,用来探测和识别地下目标,比如水管、电力线和通信线路、考古方面的保护等.然而,传统的探地雷达系统在可靠性、分辨率、探测深度等方面存在不足.因此,改善被测信号特性,设计和开发更高性能的天线就显得很有必要.本文研制了一种贴片电阻加载的蝶形振子天线,用时域有限差分方法对其进行了分析,实际应用结果表明天线具有良好的波形保真度,良好的辐射特性和屏蔽效果.可以广泛地应用于探地雷达和其它超宽带系统.     

金属探测器的原理与应用(上)

金属探测器适用于探测木材、塑料和其他非金属中残存的铁钉及其他金属物,探测埋入地下和建筑物中的管道和钢筋,也可用来检查人身上或邮包、信件中隐匿的金属或武器;还可用于工厂企业对金属物品的防窃和海关对走私物品的缉查.此外,对地雷或海底沉雷的探测,煤或废旧物资中混杂的雷管及其他金属爆炸物的搜索,地下文物的探索,陨石的鉴别以及对动物和人体内的金属异物的检查等等,因此金属探测器已经逐渐引起各有关部门普遍的重视.     

临近空间双基地雷达抗低空突防能力分析

从普通双基地雷达出发,采用了一种基于临近空间平台的雷达布站方式,并对该环境下的雷达信号衰减特性进行建模分析。与单基地雷达、传统双基地雷达在信号衰减和探测范围方面进行比较。比较结果表明,这种基于临近空间的双基地雷达配置方式在抗低空突防方面具有较大的优势。     

不同地下介质条件下探地雷达的探测深度问题分析

探地雷达技术巳成为近年来岩土工程领域探查地下目标体的重要手段，其应用的关键问题之一是如何准确计算不同介质条件下的探测深度，并确定探查对象是否在雷达探测系统的有效测距范围之内。根据探地雷达测距的基本公式，讨论了雷达测深的重要影响因素：反射目标体的反向散射增益及散射截面积。将地下岩土介质的反射体目标模型归结为三种典型类别：光滑、粗糙反射界面及点状目标体，同时给出了这三种反射体的简单数学模型，及计算分析。结合目前国内广泛使用的三种不同类型的探地雷达系统，计算得到了在不同地区或不同地下介质条件下的最大探测深度，为实际探测工程提供了较有价值的参考。