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。     

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。     

步进频率连续波前视探地雷达的研究

研制了一种步进频率连续波探地雷达系统,能对载体前方较大范围浅地表穿透实时二维成像.该系统采用双发射天线和接收天线的组合线阵接收方位回波,将接收天线数量降低一半;利用分频段多级均衡校正、设置参考通道、数字中频接收等方案保证系统具有良好的幅频、相频特性;利用中频耦合对消方案抑制收发耦合;利用快速双站后向投影算法进行合成孔径成像.试验表明,系统可实现浅地表穿透成像探测.     

步进频率连续波探地雷达数字信号处理机

设计实现了一种超宽带步进频率连续波探地雷达数字信号处理机。处理机以TS201芯片为处理核心,采用了分布式存储和独立总线结构,利用link口实现处理器间和板间高速数据交换。基于处理板结构设计实现了信号处理算法流程。该步进频率探地雷达信号处理从流程上划分为数据整合与回波预处理、合成孔径成像、图像增强与杂波抑制和跟踪检测四个模块,可实时输出雷达图像和检测结果。该处理机成功地应用于某探地雷达系统,运行稳定。     

压缩感知理论在频率步进探地雷达偏移成像中的应用

该文针对频率步进探地雷达的具体工作过程,利用目标成像空间的稀疏性提出了一种基于压缩感知理论的频率步进探地雷达偏移成像算法,成像过程中首先采用杂波抑制方法在频率域去除直达波,同时利用交叉验证算法来估计成像过程中的正则化参数,最后基于稀疏约束最优化方法实现对地下目标成像,仿真和实验数据表明了该算法的可行性和有效性。     

步进频率连续波探地雷达耦合信号的抑制

步进频率连续波是探地雷达常用波形之一,该体制雷达存在的一个严重问题是发射信号直接耦合到接收天线,降低接收机灵敏度,导致接收机前端饱和甚至损坏.针对步进频率连续波体制探地雷达,采用通过收发天线设计降低耦合信号,保证其不会导致接收系统饱和,再在中频数字域进行对消的耦合抑制方案,详细分析了其工程实现流程和应用条件,给出了某步进频率连续波合成孔径探地雷达耦合波对消前后的雷达图像,说明了耦合对消方法的有效性.该方法在某探地雷达中获得实际应用,工作稳定可靠.     

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。     

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。     

基于高性能DDS芯片AD9959的超宽带步进频率探地雷达设计

探地雷达作为一种高分辨率无损探测新技术,具有探测速度快、定位准确、轻便灵活和图像实时显示等优点,已广泛应用于工程勘察的各个领域。高性能DDS（直接数字频率合成器）芯片AD9959是美国AD公司采用先进的DDS技术生产的4通道、10位D／A转换器、最高时钟为500MHz的高集成度频率合成器,可方便快速地产生线性调频、单频脉冲及步进频率信号。介绍了AD9959工作原理和特性,给出AD9959在超宽带步进频率探地雷达设计中的应用方案。     

随机相位编码抑制步进频率探地雷达RFI的研究

步进频率探地雷达应用中,射频干扰严重影响合成孔径成像效果和目标检测性能。该文使用随机相位编码技术在不影响目标回波的情况下,可将所有射频干扰变为零均值随机信号,进而用经典的均值滤波方法进行干扰抑制。分析表明使用随机相位编码技术使步进频率探地雷达具有噪声雷达的射频干扰抑制能力,同时保留了步进频率良好的主副瓣比性能和利用FFT进行快速信号处理的优点。蒙特卡洛仿真结果验证了本文分析的正确性和随机相位编码对步进频率探地雷达射频干扰抑制的有效性。     

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。     

地表穿透合成孔径雷达浅地表金属地雷二维电磁特征研究

利用机载或车载地表穿透合成孔径雷达(GPSAR)可以实现地雷和雷场的远距离大区域快速探测,是探雷的发展趋势.为了降低地雷检测中的虚警,需要基于地雷和杂波电磁特征设计有效的检测器.本文提出了GPSAR浅地表金属地雷二维电磁特征计算方法,理论计算结果与Rail-GPSAR实测数据基本吻合.电磁建模结果表明,浅地表金属地雷图像具有双峰特征,它将有效的提高地雷检测性能.     

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.     

基于熵的步进频率探地雷达距离旁瓣抑制

步进频率探地雷达因频谱截断和杂波干扰而产生严重的拖尾旁瓣,降低了系统分辨目标的能力。文中分析了熵表征的信号特征,从距离旁瓣产生的机理出发,提出用最大熵、最小熵谱外推技术对截断频谱外推,降低频谱截断产生的拖尾旁瓣。实验结果表明,最大熵可以有效地去除因频谱截断产生的Gibbs振荡,最小熵对峰值旁瓣电平抑制效果较好,两者都有效地提高了系统分辨率。     

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。     

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。     

轨道UWB地表穿透SAR探雷验证系统

轨道地表穿透合成孔径雷达（GPSAR）是为了评估UWBSAR在地雷目标探测中的可行性和效能，而用高于地面数米支架作为轨道构建的一个地雷目标探测系统。文中首先介绍了轨道GPSAR的系统框架，接着介绍了该系统在射频／耦合抑制、近场SAR成像，以及埋设地雷目标检测方面所作的工作，最后，用一系列实测试验数据及其处理结果验证了轨道GPSAR检测地雷目标的性能。     

基于时间反转的探地雷达多目标成像算法研究

时间反转成像算法用于探地雷达多目标成像时,由于各个目标体的能量聚焦时刻和聚焦能量的强度都不相同,使得智能识别局部能量聚焦时刻成为该算法的瓶颈。为了实现时间反转成像算法用于探地雷达多目标成像,首先在B-Scan 中检测到潜在目标双曲线位置,然后用窗口框出各个潜在目标体的“空间-时间”位置,之后将该“空间-时间”窗口转化为待成像区域中的“位置-埋深”窗口,并对各个潜在目标窗口分别进行时间反转成像,虚假目标不存在能量聚焦,进而剔除虚假目标,实现多目标成像。实验结果表明:该算法能较好地实现多目标成像,由于该算法只对潜在目标窗口进行成像,而不是对整个待成像区域进行成像,大大提高了成像效率。     

波速误差对浅地层探地雷达SAR算法影响的研究

定性地研究了波速误差对基于Stolt偏移的SAR算法和基于微波全息成像的SAR算法产生的影响,给出波速误差对两种SAR算法方位分辨率影响的关系曲线,得出基于Stolt偏移的SAR算法对波速误差没有基于微波全息成像的SAR算法敏感;当波速小于真实值,两种算法都能得到更好的方位分辨率.并对这些结论进行了合理的物理解释.     

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。