CN104597442A - 高速成像超宽带探地雷达车 - Google Patents

Abstract

一种高速成像超宽带探地雷达车，包括工程车辆和高速成像超宽带探地雷达系统两部分，其特征在于所述高速成像超宽带探地雷达系统为双频段，双通道短脉冲雷达，安装在工程车辆的后半部分上，脉冲信号从发射天线发出由接收天线接收，所述信号处理及显示终端为多处理器模式，数据流保存于计算机硬盘中，雷达系统的天线由发射天线和接收天线组成，采用空气耦合式的安装方式，雷达发射天线和接收天线平行并排安装在位于工程车尾部的天线安装盒内。发射天线和接收天线都是由两根导体构成的波导管，两导体之间为绝缘体。本发明的优点是探地雷达车能在高速行驶中，在不影响交通的状况下完成对道路桥梁的有效检测。

Description

高速成像超宽带探地雷达车

技术领域

本发明涉及一种探测雷达，特别涉及一种高速成像超宽带探地雷达车。

背景技术

利用无损检测技术对地下结构特征识别在越来越多的领域广泛地运用，例如石油天然气勘探、地质勘探、管道监测、建筑工程等。将探地雷达运用在道路桥梁的探测，对道路桥梁的日常维护和状况评估带来许多便利之处。由于高速运动下的高速成像超宽带探地雷达能在高速运动状态下保证优良的空间分辨率，使得该探地雷达能安置在工程车中，以正常车速完成对道路桥梁的探测评估，不会对交通产生影响。

根据雷达的安装形式，探地雷达可以被分为地源式探地雷达和空气耦合式探地雷达。地源式探地雷达的天线非常接近地面。为了防止在探测过程中，天线与地面碰撞损坏，地源式探地雷达的可允许移动速度很低。而空气耦合式探地雷达的天线离地相对较高，目前探地雷达在数据采集单元的运用中大多数都是采用低速等效时间采样的方式，导致采样速度不高，不可能实现高速运动下的有效采样。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种高速成像超宽带探地雷达车，本发明为一种可以在高速运动状态下高速成像的探地雷达。利用冲击脉冲探测地表结构和地下物体。可以对公路、桥梁的质量进行检测，如脱层、开裂、厚度等情况进行检测。本发明的天线采用空气耦合式的安装方式，该探地雷达采用双频段、双通道的方式。对不同的频段配置不同的发射和接收天线。两种频段可并行操作，以提高探测的效率。该雷达配置高速的实时数模转换器，能够达到8Gsps和10bit的分辨率。为了能在高速行驶过程中达到可靠的探测要求，对数据处理端提出很高的要求。数模转换器设置成多缓冲采集读取同步模式。在数据存储端，采用多处理器模式，以实现多线程数据流的读取，快速将数据流保存于计算机硬盘之中。

本发明包括工程车辆和高速成像超宽带探地雷达系统两部分，所述高速成像超宽带探地雷达系统由控制单元、发射单元、接收单元、信号同步处理单元、数据处理单元、发射天线、接收天线、天线安装盒、传输导线、显示终端设备组成，其特征在于所述高速成像超宽带探地雷达系统为双频段，双通道短脉冲雷达，安装在工程车辆的后半部分上，脉冲信号从发射天线发出，所述脉冲信号为基频和高频两个频率，经两个远程单刀双掷RF开关控制，两种频段可并行操作，经过空气和地面两种介质后在探测界面反射后由接收天线接收，所述信号处理及显示终端为多处理器模式，计算机采用多线程数据流读取模式，能快速的处理和存储采样获得的数据。数据流保存于计算机硬盘中，雷达系统的天线由发射天线和接收天线组成，两者结构相同，发射天线和接收天线都是由两根导体构成的波导管，两根导体之间为绝缘体，天线采用空气耦合式的安装方式，雷达发射天线和接收天线平行并排安装在工程车尾部的天线安装盒内，通过天线传输导线与位于工程车内部的处理中心连接，发射和接收天线距离地面的高度为20cm～50cm，避免在高速行驶过程中天线与地面的碰撞。对不同的发射频率，可配置不同的发射和接收天线，以实现不同频段间的并行探测，提高监测的效率。探地雷达车能在高速(例如100km／h)行驶中，可不影响交通的状况下完成对道路桥梁的有效检测，能保证有效的空间分辨率。

所述脉冲信号的基频段为1GHz，高频段为3～4.5GHz，脉冲宽度为600ps的单周期脉冲信号。

所述脉冲信号的基频段中单周期脉冲信号经发射机的放大器放大后由发射天线直接发射，再由接收机的接收天线接收，所述高频段3～4.5GHz的脉冲信号由发射机的可编程振荡器变频处理后经混频电路由发射天线发射，发射机的本地振荡器的频率为1kHz～10MHz。

所述接收单元对接收到的基频信号经放大和信号滤波后进行数模转换，接收机对接收到的高频信号经可编程振荡器进行降频转换。

所述发射单元的脉冲产生电路设有一提高性能降低成本的阶跃恢复二极管。

所述数据采集单元采用8Gsps采样速率和10bit分辨率的实时数模转换器，数模转换器设置为多缓冲采集读取同步模式。

本发明的优点是探地雷达车能在高速行驶中，在不影响交通的状况下完成对道路桥梁的有效检测。

附图说明

图1高速成像超宽带探地雷达车组成示意图；

图2雷达系统的结构原理框图；

图3超宽带单周期脉冲信号发生器电路图；

图4专用阻抗匹配天线结构示意图；

图5天线安装示意图

图中：1面层、2基层、3底基层、4路基、5地基、101工程车、102显示终端、103雷达天线、104天线安装盒、105传输导线、201发射单元、202接收单元、203信号同步处理单元、204数据处理单元、301幅值转换器、302高斯脉冲发生器、303脉冲整形滤波器，501发射天线，502接收天线。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

参见错误!未找到引用源。，本实施例的高速成像超宽带探地雷达系统由工程车101和高速成像超宽带探地雷达系统组成。高速成像超宽带探地雷达系统为双频段、双通道短脉冲雷达。雷达系统的信号及数据处理单元和显示终端102安装在工程车的后面部分。在车的尾部，设有一个供安装雷达天线103的天线安装盒104。雷达发射天线501和接收天线502安装在离地20cm～50cm的高度。避免在高速行驶过程中天线与地面的碰撞，发射天线501和接收天线502都是由两根导体构成的波导管，两导体之间为绝缘体。对不同的发射频率，可配置不同的发射天线501和接收天线502，以实现不同频段间的并行探测，提高监测的效率。发射天线501和接收天线502通过天线传输导线105与位于工程车内部的处理中心连接。探地雷达车能在高速(例如100km／h)行驶中，可不影响交通的状况下完成对道路桥梁的有效检测，能保证有效的空间分辨率。

参见错误!未找到引用源。，图2是高速成像超宽带探地雷达系统的结构原理框图。系统由超宽带脉冲形成与发射单元201、接收单元202、信号同步处理单元203、数据处理单元204以及控制单元和显示终端组成。发射单元201包括脉冲信号发生器和发射天线501。数据处理单元204包括有采集示波器、高速数模转换器、多处理器数据读取单元和计算机数据处理系统。

脉冲信号从发射天线501出，所述脉冲信号为基频和高频两个频率，经两个远程单刀双掷RF开关控制，两种频段可并行操作，经过空气和地面两种介质后在探测界面反射后由接收天线502接收，数据处理单元204及显示终端为多处理器模式，计算机采用多线程数据流读取模式，能快速的处理和存储采样获得的数据，数据流保存于计算机硬盘中。

图2中的脉冲发生器在1GHz的基频段和3～4.5GHz的高频段发射出600ps脉宽的单周期脉冲信号。脉冲信号的基频段中单周期脉冲信号经发射机的放大器放大后由发射天线501直接发射，再由接收机的接收天线502接收，高频段3～4.5GHz的脉冲信号由发射机的可编程振荡器变频处理后经混频电路由发射天线501发射。在高频段中，经由混频电路，通过3GHz的本地振荡器变频处理后，获得最后频谱范围在3～4.5GHz的信号，对这两个不同频段的脉冲信号分别配置发射和接收天线502。发射机的本地振荡器的频率为1kHz～10MHz。

图2中的信号接收单元202，对不同频段的反射信号区别处理，对接收到的基频信号，经过放大和信号滤波后，进行数模转换。对接收到的高频信号，采用可编程振荡器进行降频转换。

图2中的多处理器数据读取单元采用4个处理器，一个处理器读取数模转换器中的数据，三个处理器将数据转存入计算机硬盘。使得能够快速地完成数据的存储。

参见错误!未找到引用源。，图3是超宽带单周期脉冲信号发生器电路图，由信号幅值转换器301，高斯脉冲发生器302，脉冲整形滤波器303三部分组成。脉冲产生电路使用了一个阶跃恢复二极管提高其性能并降低成本。通过两个远程单刀双掷RF开关，选择不同的发射频率。

参见图4，是该雷达系统的专用阻抗匹配天线。

参见图5，是该雷达系统天线安装示意图。发射天线501和接收天线502平行并排安装在天线安装盒104中。

本实施例的高速实时数模转换器采用8Gsps采样速率和10bit分辨率的实时数模转换。数模转换器设置为多缓冲采集读取同步模式。该转换器内存分为呈环状结构的三个数据存储区，每个数据存储区支持同步读写的双端口数据访问模式。因此，在读取一个数据存储区数据的同时，采样数据能够同步写入另一个可用的空的数据存储区。在对道路桥梁进行探测时，探测车在以正常速度行驶，甚至高速行驶的情况下，依旧能获得较好的探测结果。

Claims (6)

1.一种高速成像超宽带探地雷达车，包括工程车辆和高速成像超宽带探地雷达系统两部分，所述高速成像超宽带探地雷达系统由控制单元、发射单元、接收单元、信号同步处理单元、数据处理单元、发射天线、接收天线、天线安装盒、传输导线、显示终端设备组成，其特征在于所述高速成像超宽带探地雷达系统为双频段、双通道短脉冲雷达，安装在工程车辆的后半部分上，脉冲信号从发射天线发出，所述脉冲信号为基频和高频两个频率，经两个远程单刀双掷RF开关控制，两种频段可并行操作，经过空气和地面两种介质后在探测界面反射后由接收天线接收，所述信号同步处理单元及显示终端为多处理器模式，数据流保存于计算机硬盘中，雷达系统的天线由发射天线和接收天线组成，发射天线和接收天线都是由两根导体构成的波导管，两根导体之间为绝缘体，天线采用空气耦合式的安装方式，雷达发射天线和接收天线平行并排安装在工程车尾部的天线安装盒内，通过天线传输导线与位于工程车内部的处理中心连接，发射和接收天线距离地面的高度为20cm～50cm。

2.根据权利要求1所述的高速成像超宽带探地雷达车，其特征在于所述脉冲信号的基频段为1GHz，高频段为3～4.5GHz，脉冲宽度为600ps的单周期脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的高速成像超宽带探地雷达车，其特征在于所述脉冲信号的基频段中单周期脉冲信号经发射单元的放大器放大后由发射天线直接发射，再由接收单元的接收天线接收，所述高频段3～4.5GHz的脉冲信号由发射单元的可编程振荡器变频处理后经混频电路由发射天线发射，发射单元的本地振荡器的频率为1kHz～10MHz。

4.根据权利要求1所述的高速成像超宽带探地雷达车，其特征在于所述接收单元对接收到的基频信号经放大和信号滤波后进行数模转换，接收单元对接收到的高频信号经可编程振荡器进行降频转换。

5.根据权利要求1所述的高速成像超宽带探地雷达车，其特征在于所述发射单元的脉冲产生电路设有一阶跃恢复二极管。

6.根据权利要求1所述的高速成像超宽带探地雷达车，其特征在于所述信号同步处理单元采用8Gsps采样速率和10bit分辨率的实时数模转换器，数模转换器设置为多缓冲采集读取同步模式。