用探地雷达测量城市地下管线剖面

通过对南京市白下路污水管道铺设工程的地下管线勘察测定，介绍了探地雷达技术在城市地下管线的应用。简述了其作业方法，管线的判读，数据处理等。     

极化格雷互补码探地雷达探测地下管线分布

提出了基于格雷互补码的极化探地雷达系统。将格雷互补码作为探测信号,通过改变天线的极化方式获得地下管线回波的极化数据,实现管线分布探测。仿真及实验结果表明,相较于交叉极化,当天线采取共极化方式时管线的散射能量更强。进一步地,在同等条件下,对比基于格雷互补码和步进频率信号的极化探地雷达管线探测效果。典型无参考量化指标表明,前者目标响应更强,成像更清晰,更有利于地下管线走向分布的准确识别。     

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。     

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。     

探地雷达在地下介质中传播路径的计算

由于地下介质和空气的电磁特性不一致,探地雷达的发射信号在不同介质中传播时,传播速度和传播路径会发生改变,传播速度不再保持恒定,而且传播路径也不再是沿直线传播.当地下介质由单一均匀介质组成时,理论计算传播路径需要求解一个四次方程,计算量大,特别是地下介质由多个单一均匀介质组成时,无法得到解析的理论计算结果.根据电磁波的传播特性,给出了电磁波在地下单层介质传播时的简易计算方法.并以此为基础,首次给出了地下多层介质时的简易计算方法和解析结果.实际计算结果表明:简易计算结果与理论结果保持一致,比工程化计算方法的精度更高,计算量基本不变.     

采用阻抗匹配抑制探地雷达中的地面杂波

在由收发天线组成的探地雷达系统中，接收天线接收到的信号由直耦波、地面反射信号以及目标信号组成。地面反射和直耦波所组成的直达波远大于目标信号，从而使系统的信杂比降低。文中提出了一种通过在地面上加入分层平板介质对空气到土壤间阻抗进行宽带匹配的方法，该方法可以减小地面反射杂波，增加电磁波透入地下的信号。理论计算结果表明，通过选择合适的平板介电常数和厚度，在一定程度上将减小地面的直接反射回波，从而提高系统的动态范围和信杂比。     

用于探地雷达的DDS步进频率设计

基于直接数字频率合成(DDS)技术在带宽、频率转换速率、调频线性度、频率分辨率和稳定度等方面的优异性能,采用直接数字频率合成芯片AD9959设计4路独立的步进频率源,结合3V低功耗接收机中频子系统AD607芯片设计超外差式接收机,实现了用于探地雷达的一种DDS步进频率设计,方案简单易行,性能高效稳定。     

探地雷达中的衍射层析算法

给出了二维情况下进行地下目标反演的线性衍射层析算法。该方法采用线性Born近似和傅里叶变换,避免了一般非线性逆散射算法的逐步迭代,因而可用于地下目标的快速检测和位置标定。本文的衍射层析算法考虑了空气地面交界面的影响并计入了凋落场。计算结果表明,该方法可以较好地描述低对比度目标的位置、轮廓和介电参数等信息,也可用于高对比度目标的检测和定位。     

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。     

Research on Signal Processing Arithmetic of Subsurface Ground Penetrating Radar

Ground penetrating radar (GPR) is an impactful detection method of buried targets developed in these decades and has been broadly used in the world. Compared with other detection method, for example, resistivity, EMI and seismology, the GPR has many advantages. For this reason, the GPR is always one of the researching hotspots in the world in these years and has become an important branch of remote sensing. Although the design of GPRs is very complex and difficult, the demands of applications from different fields are continuously increasing. It is obvious that the research of GPR is very significant for the development of civil economy.     

浅地层探地雷达合成孔径算法的研究

本文重点总结了目前常用的各种探地雷达合成孔径算法,针对这些算法应用到浅地层的情况进行了研究, 同时提出了一种修改的基于基尔霍夫偏移的合成孔径算法;通过对实测数据的处理,得出结论:基于微波全息成像的SAR 算法和基于Stolt偏移的SAR算法更适合应用到浅地层探地雷达;对于浅地层探地雷达合成孔径算法的研究有重要的指导 意义。     

用于超宽带探地雷达的新型功率纳秒级开关

将高速断路开关与电感储能元件结合应用于功率脉冲产生系统中非常有前景,短时间内负载上产生的脉冲电压是储能元件电压的好几倍.在20世纪末期.发现了一种当电流从正向转至反向时,硅半导体PN结中出现高电压快速恢复现象,由此产生了一种新型固态等离子体断路开关漂移阶跃恢复二极管.这种开关具有长寿命、低抖动、高重频等优点.详细地分析了这种开关快恢复的物理特性,设计了基于此开关的发射机,可应用于探地雷达系统中.     

一种探地雷达用的渐变槽线加载天线

提出了一种可用于探地雷达系统的电阻加载渐变槽线天线。在分析影响渐变槽线天线加载效果凼素的基础上，提出了一种改进的槽线金属面形状，提高了电阻加载的效果。实际测试结果显示，电阻加载渐变槽线天线拖尾脉冲的幅度非常低。     

超宽带探地雷达多目标压缩感知成像研究

压缩感知成像要求信号在某个域上能满足稀疏性要求,地下多目标在空域上降低了信号的稀疏性,导致成像出现散焦和虚像。扩大成像背景保证了稀疏性要求但又使得成像计算量上升,实时性不足。提出一种根据探地雷达回波特征预提取出潜在目标位置的压缩感知成像方法。通过对数据进行去噪、滑动矩阵过滤来确定目标的水平位置,再对水平位置处的几道A-Scan 数据进行极值搜索,从而可以提取出成像区域目标位置信息,进而在建立成像冗余字典时只需考虑目标位置处的字典元素,无目标处字典元素直接剔除,减少字典建立所需的元素,降低了压缩感知求解计算量。该方法由于只对潜在目标区域进行成像,因此在保证成像实时性的同时也保证了成像精度。实验结果表明算法可行、有效。     

前视探地雷达合成孔径成像方法的研究

根据前视探地雷达波斜入射,并且经过空气和地下两层介质的特点,提出了基于等效波场和全息成像的频率波数域前视探地雷达合成孔径成像方法。该方法对地面以上的记录剖面用基于全息成像的频率波数域成像方法成像,对地面以下记录剖面的成像,则用地面测线处的等效波场。所提方法把两层介质中的成像问题简化成单层介质中的合成孔径成像问题。对实验数据的处理结果表明,所提方法能有效地提高信杂比,提高目标的方位分辨率。