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。     

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。     

基于探地模型的目标散射特性研究

以不同情况下的地埋目标散射特性为前提，能够准确地从探地雷达图像中提取目标体的结构信息。使用CST仿真软件上的时域求解器构建频率范围在0.5～3.5 GHz的脉冲体制探地雷达系统的目标散射仿真模型，并对不同传播介质、不同目标体与不同埋藏深度的地埋目标散射特性进行电磁仿真模拟，预演了多种情况下探地雷达系统的探测过程。通过比较不同情况下探地模型的目标回波信号，得出结论：土壤含水会使地面反射增强，目标回波衰减不易识别；目标的尺寸改变对回波幅度有影响，对波形影响不大；当目标材质的电参数改变时，目标体回波波形变化明显；当目标与传播介质的电参数相差较大时，目标回波明显；随着目标埋深增加，目标体回波在时域上向后延迟，可以根据回波时间差计算目标体埋深。通过对仿真结果的分析证明该方法可靠有效，并且仿真过程简便，适用于不同情况下探地雷达的目标散射模拟。     

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。     

有问有答

问1:用什么仪器或设备能够将埋入地下1米到1.5米深处的金属物和非金属物探测出来?(福建肖月德等问)答:用探地雷达探测地表面以下的金属物或非金属物体的位置和深度是一种快速、有效而价廉的方法。探地雷达是利用电磁波逆散射原理设计制造的,它适用于市政建设、交通、农业、矿产、能源及考古等各部门以判明埋于地下的管道、电缆等金属物体以及尸体等非金属物体。探地雷达与普通雷达的区别是:1.普通雷达探测距离以千米计算,而探地雷达则以米计算,相差三个数量级。2.普通雷达信号在大气层空间传播时,其衰减主要取决于能量的扩散;而探地雷达的信号衰减则主要取决于传播介质的损耗。     

全极化探地雷达系统

作为一种无损探测技术,探地雷达在地下探测领域发挥着重要作用.传统的探地雷达一般采用单极化天线进行测量,只能获取目标回波中的频率、振幅、相位信息,对目标体的辨识能力相对较弱.全极化探地雷达(Full Polarimetric Ground Penetrating Radar, FP-GPR)利用4种不同的天线组合方式对目...     

基于F-K偏移及最小熵技术的探地雷达成像法

地下目标位置和形状的确定是探地雷达实际工程应用中需要解决的主要问题之一,地震信号处理技术中的偏移方法是比较有效的地下目标图像归位方法,介质中的波速度是影响目标图像归位精度的最主要因素。该文在利用图像最小熵方法对介质中波速度进行估计基础上,借助于频率-波数域偏移技术对探地雷达图像进行了处理。分别通过数值模拟图像和探地雷达系统实际探测图像验证了该文方法的有效性。     

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。     

冲击脉冲雷达探雷

基于毫微秒电磁脉冲理论发展起来的探地雷达技术是一种浅层地下目标探测雷达。根据某型工程侦察车中配置的冲击脉冲探地雷达研制经验,对探地雷达探测地雷时所遇到的若干关键技术进行了研究,给出了工程设计方法。结合具体探测试验数据,对地雷目标识别问题进行了分析,对今后从事冲击脉冲雷达探雷研究工作具有一定参考价值。     

基于曲线拟合的探地雷达层状介质参数反演算法

探地雷达具有探测速度快、穿透能力强、分辨率高的特点,是一种有效的无损探测技术,在市政建设、交通、安防等领域有着广泛的应用需求.在探地雷达中分层介质参数反演是地下目标成像与检测识别的必要步骤.本文提出了一种基于曲线拟合的层状介质参数反演算法.首先基于B-scan数据中的反射波曲线拟合,结合电磁波垂直入射模型,获取地下介质...     

地下埋藏目标与分层粗糙面复合散射探地雷达回波特性研究

为了更好地解译探地雷达（ground-penetrating radar，GPR）回波数据，建立了一种二维时域有限差分模型，用于模拟地下分层结构（混凝土层/粘土层）和多个埋藏目标（金属板/条、空洞、水/油管）的GPR探测.对于该模型，地下分层结构中的分界面设置为粗糙界面，采用电磁微分高斯脉冲作为GPR源，并用单轴完全匹配层介质对计算区域边界进行截断以模拟无界区域.通过数值计算得到了探地雷达B-scan扫描的回波仿真结果，并讨论了埋藏深度、几何形状、介电常数、电导率等对回波散射特性的影响，以及目标受其上方不同粗糙度的粗糙界面影响而产生的回波形态的改变.该结果中显示的各个回波的形态、方位、振幅强弱以及到达的时间均与模型中各个结构的外形、位置、媒质特性及埋藏深度相一致，验证了该计算模型的有效性.     

Curved edge modification of compact range reflector

For many years, the compact range has successfully been used to design and evaluate many electromagnetic radiation and scattering systems. However, it has had limited use for large structures because of the large discrepancy between the reflector and target zone sizes. The limitation results from the large edge diffracted signal which emanates from the termination of the reflector. Previous attempts to solve this problem have involved using serrated edges to diffuse the diffracted field. While this reduces the edge diffracted field in the target zone, it is not eliminated. In addition, one has introduced many new corners which also diffract into the target zone. A curved edge modification is presented which reduces the edge diffraction by an order of magnitude or more and in the process does not create new mechanisms which perturb the plane wave in the target zone. Using this curved modification, one is able to design a compact range reflector whose target zone cross section approaches the size of the reflector parabolic surface. This makes the compact range ideal for scale model measurements since larger targets (antennas) can be measured. It also makes it more practical to consider systems which can measure full scale vehicles.     

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。     

面向探地雷达 B-scan图像的目标检测算法综述

利用无损探测技术来获取地下目标的信息是当前研究的热点，探地雷达(GPR)作为一种重要的无损工具，已被广泛用于检测，定位和特征化地下目标。然而，从GPR成像中探测掩埋物体并评估其位置既费时又费力。因此，实现地下目标的自动化探测对实际应用是必要的。为此，该文在综合分析地下目标回波特征的基础上，讨论了使用GPR评估目标位置的可行性，并回顾了国内外学者在GPR成像中对双曲线特征自动化检测的研究进展。该文还在国内外典型实例剖析的基础上，总结并比较了目标检测的处理方法。最后指出，未来的研究应集中于开发新的深度学习检测框架，用以自动检测和估计真实场景中的地下特征。     

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。     

机载条件下地下目标探测的分辨率研究

分辨率是决定地下目标定位和成像效果的重要因素.文章依据机载条件下地下目标探测时电磁波传播的特点,研究了距离分辨率、深度分辨率和方位分辨率.推导了影响分辨率的决定因素,通过仿真给出了各个因素对分辨率的影响程度.     

Effective imaging of buried dielectric objects

Ultrawide-band CW radar have shown good potential for remote imaging of surface laid or shallow buried landmine-like objects. However when sensing fields near to the ground, a number of factors including direct antenna coupling, air/ground coupling, receiver noise floor, and effective dynamic range conspire to degrade or mask the scattered return, resulting in a loss of signal magnitude, range accuracy, and range resolution. The present paper addresses the latter problems using a near-field detection methodology and providing a thorough experimental and systems analysis of the signal-to-clutter issues. The method proves advantageous in sensing weak echoes in the vicinity of the sensor from objects of low dielectric contrast with their environment. To enhance image processing gains, an effective space frequency synthetic aperture technique applicable to the two-media problem is outlined. The algorithm is straightforward and robust enough to be implemented on compact GPR systems operating in real time. The remaining problem of object identification will not be addressed here. To demonstrate the utility of these combined techniques, field experiments, over different frequency bands, were conducted and their results are reported     

FDTD分析探地雷达天线的辐射特性

探地雷达系统一般采用超宽带短脉冲信号,因而其天线系统必须具有较好的宽带性能。只有几种类型的宽带天线能够用于探地雷达系统中,如电阻加载的蝶形天线、TEM喇叭天线及其变形形式。本文将给出一种新型的探地雷达天线,该天线为置于镜像面上且具有离散指数电阻加载的单偶极子。文中将采用FDTD计算和分析该天线在自由空间和有耗媒质上方时的辐射特性。结果表明,通过选择一定的电阻加载形式,可使天线具有较好的辐射波形,从而能够满足实际探地雷达的需要。最后,通过地下目标散射场的理论结果和实验结果说明了本文所采用方法的正确性。     

基于遗传算法的探地雷达层状介质参数反演算法

探地雷达因其无损性与高效性,逐渐成为道路检测、地下勘探等领域的有效探测手段,而探地雷达的传统厚度反演算法存在无法有效检测分层介质厚度、相对介电常数等参数的问题,具有较大的多层介质参数反演误差。因此,本文提出了一种基于遗传算法的层状介质参数反演算法。算法从时域角度出发,结合共中心点方法,设计了基于遗传算法的优化模型,反演地下层状介质结构的参数信息。通过实验仿真,本文所提方法可以应用于地下多层介质,较为准确的反演出层状介质参数信息。