CN104569951A - 可聚焦放大的探地雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的可聚焦放大的探地雷达系统，与以往的探地雷达系统相比，其最大不同之外，就是在进行实时测量时，可以截取任意深度区间的测量区域进行聚焦放大，实现类似于放大镜的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有实时测量并进行聚焦放大功能的探地雷达系统。
背景技术
探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）系统是一种地球物理勘探系统，主要用于浅层无损探测，应用领域包括空洞检测、道路路面或地下破损检测、桥梁结构层检测、地下管道检测、以及其它领域如地球物理探测地质沉积物以及地质结构、确定基岩和地下水位的深度、考古时在挖掘之前用于定位地下文物、生命探测以及探测危险物等；
传统的探地雷达系统如图1所示，其包括探地雷达天线盒100、探地雷达控制盒120和数据处理单元130。所述探地雷达控制盒120通过电缆106（包括电源线、信号控制线和模拟信号线）与所述探地雷达天线盒100连接，所述数据处理单元130通过一个便携式介质（如闪存驱动器）或电缆（如USB，并口电缆或串行电缆）126与所述探地雷达控制盒120连接；
所述探地雷达天线盒100包括发射机103、与所述发射机103连接的发射天线101、接收天线102、与所述接收天线102连接的接收机104、以及与所述发射机103、接收机104连接的时序系统105。所述时序系统105通过所述电缆106接收所述探地雷达控制盒120的命令，并控制所述发射机103、发射天线101发送电磁信号，所述接收天线102、接收机104在所述时序系统105的控制下接收所述电磁信号，所述时序系统105将接收到的电磁信号通过电缆106发送至探地雷达控制盒120；
所述探地雷达控制盒120包括电池127、与所述电池127以及通过电缆106与所述时序系统105连接的电源121、与所述电源121以及通过电缆106与所述时序系统105连接的模数转换器122、与所述模数转换器122连接的数字信号处理器125、与所述数字信号处理器125以及通过电缆106与所述时序系统105连接的数字控制器123、均与所述数字信号处理器125连接的显示器129以及数据保存单元124。所述模数转换器122通过所述电缆106接收所述探地雷达天线盒100发送的电磁信号并将所述电磁信号进行模数转换，所述数字信号处理器125对所述模数转换后的电磁信号进行处理，得到地面布局信息，所述显示器129显示所述数字信号处理器125处理的结果，所述数据保存单元124存储所述数字信号处理器125处理的结果。电池127为探地雷达控制盒120和探地雷达天线盒100提供工作电源，电源121将电池127提供的电压转换为探地雷达控制盒120和探地雷达天线盒100需要的各种规格的电压。数字控制器123控制数字信号处理器125进行信号处理以及控制时序系统105工作。探地雷达控制盒120通过控制时序系统105使探地雷达天线盒100工作并将接收到的电压信号发送至模数转换器122，模数转换器122将该电压信号处理后，数字信号处理器125将模数转换器122处理后的信号进行计算，得到地面布局信息；
所述数据处理单元130与所述探地雷达控制盒120的数字信号处理器125连接。所述数据处理单元130通常是一个PC（计算机）或相当于PC的处理器。所述数据处理单元130将所述数字信号处理器125处理后的信号再次进行后处理，这种后处理主要通过软件实现。
然而，上述所述的传统探地雷达，在进行测量时，只能测量从被测地面到距离被测地面一定深度的区间，无法单独截取其中部分深度区间进行测量；
另外，上述所述的传统探地雷达，在整个测量伪彩图的分辨率都相同，无法突出重点区域；
此外，上述所述的传统探地雷达，在工程测量中，不可避免的去测量不关心的区域，多花了无用功。
发明内容
本发明的目的是提供一种可聚焦放大的探地雷达系统，可以选取测量区域内的任意一段所关心的区间进行聚焦放大并实时测量，对不关心的测量区域可以直接排除在外；
为了实现上述目的，本发明提供了一种可聚焦放大的探地雷达系统，包括发射单元、接收单元、主控单元、数据处理器、时序系统和时窗控制器组成；所述发射单元包含发射天线和发射机，所述接收单元包含接收天线和接收机，所述主控单元包含电池、稳压器、模数信号转换器、数字控制器，数字信号处理器、数据存储，所述时序系统包含时序控制单元、时钟控制单元；所述时序控制单元完成了数据采集所需要的时序，所述时钟控制单元提供给系统基准时钟，并根据实际要求调整时钟频率大小，所述时窗控制器包含总时窗控制器、聚焦上限时窗控制器、聚焦下限时窗控制器。所述总时窗控制器，其特征在于，对总时窗大小进行设置或修改，所述聚焦上限时窗控制器对需要聚焦的上限时窗大小进行设置或修改，所述聚焦下限时窗控制器对需要聚焦的下限时窗大小进行设置或修改。所述可聚焦放大的探地雷达系统，其特征在于，可以通过所述总时窗控制器、所述聚焦上限时窗控制器、所述聚焦下限时窗控制器实现聚焦放大功能。
附图说明
图1为传统探地雷达系统的结构框图；
图2为传统探地雷达系统的测量伪彩图示例；
图3为本发明可聚焦放大的探地雷达系统结构框图；
图4为本发明可聚焦放大的探地雷达系统的测量伪彩图示例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明可聚焦放大的探地雷达系统进行说明。现在参考附图描述本发明的实施方法，附图中类似的元件数字标号代表类似的元件。所述可聚焦放大的探地雷达系统包含发射单元200、接收单元210、时序系统220、时窗控制器230、主控单元240和数据处理器250。其中所述时序系统220与所述主控单元240通过电缆223连接，所述电缆223包含供电电源，模拟信号和控制信号。所述主控单元240与所述数据处理器250之间通过所述连接器247连接。所述连接器247包含的方式有线电缆通讯或无线通讯。其它所述各部分连接仅为电缆连接；
所述发射单元200包含所述发射天线201和所述发射机202。所述接收单元210包含所述接收天线212和所述接收机211。所述时序系统220包含所述时钟控制单元221和所述时序控制单元222。所述时窗控制器230包含所述总时窗控制器233、所述上限时窗控制器231和下限时窗控制器232。所述主控单元240包含所述稳压器242、所述电池242、所述模数信号转换器243、所述数字信号处理器244、所述数字控制器245和所述数据存储器246。所述数据处理器包含所述数据处理单元251和所述显示器252。所述时序系统220与所述发射单元200连接，同时也与所述时窗控制器230和所述主控单元240连接。所述主控单元与所述数据处理器250连接，同时也与所述时序系统220和所述接收单元210连接；
下面阐述所述可聚焦放大的探地雷达系统的工作原理：
第一步，在进行数据采集前，根据用实际需要，通过所述总时窗控制器233设置总的测量量程S0，通过所述上限时窗控制器设置起始测量量程S1，通过所述下限时窗控制器设置末尾测量量程S2，三种测量量程的数学关系是： 0<=S1<S2<S0；
第二步，所述主控单元240发出开始测量信号，所述时序系统220控制所述发射单元200开始工作，同时所述时窗控制器230也获取到所述时序系统220传来的信号，所述时窗控制器230按照第一步设置的三个测量量程S0、S1、S2的大小，控制所述接收单元210进行数据采集。所述接收单元210将采集到的信号传给所述主控单元240，通过所述模数信号转换器243进行数字化，在所述数字控制器245的作用下，通过所述数字信号处理器244处理后进行数据存储。在所述主控单元240的作用下，将采集到的数据传给所述数据处理器250根据需要进行数据处理，并通过所述显示器252显示出来，在所述显示器252上，就可以直观的观察到被测物的内部伪彩图图像，通过图像就可以判断内部结构分层，是否有埋藏物以及埋藏物形状、位置和材料等，从而完成人机交互；其中，所述电池242通过所述稳压器241为整个系统供电；
图2所示为传统探地雷达系统的测量伪彩图示例，从图上可以得知，其只能采集从地表到地下某一深度的区域，示例中所示为0米到5米深度。在图2中，有两个异常体，异常体M和和异常体N，处于A分层面和B分层面之间。本新发明的所述可聚焦放大的探地雷达系统，不但可以完成传统雷达完成的全部测量功能，还可以完成如图4所示的测量伪彩图示例，从图4可以看出，其采集的范围为地下2米到3米的区域，把其它不关心的区域排除在外，除了观察到图2所示的M异常体和N异常体外，还可以测量出P异常体，并且M异常体和N异常体的细节更节丰富，同时在A分层面和B分层面之间观察到了更多细节的分层面，这些细节是传统雷达所不能测量到的；
以上结合实施例对本发明进行了描述，所述可聚焦放大的探地雷达系统可以截取任何一段测量深度进行实时测量，实现聚焦放大功能，这是以往传统雷达所不具备的功能。
Claims (4)
1.一种可聚焦放大的探地雷达系统，其特征在于，主要包括发射单元、接收单元、主控单元、时窗控制器、数据处理器和时序系统组成；所述发射单元包含发射天线和发射机，所述接收单元包含接收天线和接收机，所述主控单元包含电池、稳压器、模数信号转换器、数字控制器、数字信号处理器、数据存储，所述数据处理器包含数据处理单元和显示器，所述时序系统包含时序控制单元、时钟控制单元，所述时窗控制器包含上限时窗控制器、下限时窗控制器和总时窗控制器。
2.根据权利要求1所述的可聚焦放大的探地雷达系统， 所述时序控制单元完成了数据采集所需要的时序序列，所述时钟控制单元提供给系统基准时钟，并根据实际要求调整时钟频率大小。
3.根据权利要求2所述的可聚焦放大的探地雷达系统，所述总时窗控制器，其特征在于，对所述可聚焦放大的探地雷达系统的测量总时窗大小进行设置或修改，所述聚焦上限时窗控制器对所述可聚焦放大的探地雷达系统的测量时需要聚焦的上限时窗大小进行设置或修改，所述聚焦下限时窗控制器对所述可聚焦放大的探地雷达系统测量时需要聚焦的下限时窗大小进行设置或修改。
4.根据权利要求3所述的可聚焦放大的探地雷达系统，其特征在于，可以通过所述总时窗控制器、所述聚焦上限时窗控制器、所述聚焦下限时窗控制器实现聚焦放大功能。
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2015
- 2015-01-30 CN CN201510049078.7A patent/CN104569951A/zh active Pending
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