CN206331113U - 一种双发射信号形式探地雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供一种双发射信号形式探地雷达系统，其系统组成包括工控机，低频率线性调频发射机，高频率步进变频发射机，低频率线性调频接收机，高频率步进变频接收机，低频发射天线，高频发射天线，低频接收天线，高频接收天线，校准信号系统，接收机公共处理系统。低频部分采用的是线性调频信号，高频部分采用的是步进变频信号，这样既可以利用两种频域发射信号的大时宽带宽积，提高探测深度，又可以利用线性调频信号旁瓣低，距离分辨率高，高频率步进变频信号易实现等优势。

Description

一种双发射信号形式探地雷达系统

技术领域

本实用新型涉及的是探地雷达信号处理技术、灾害地质调查、考古调查、公路工程质量检测以及地质勘探等领域，特别涉及一种双发射信号形式探地雷达系统。

背景技术

探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为一种利用电磁波在媒质电磁特性不连续处产生的反射和散射来实现浅表层目标成像、定位以及识别，从而实现对表层下目标探测的有效工具，可穿透叶簇或土壤来探测地表或地下的隐蔽物体，具有探测速度快、探测过程连续、操作方便灵活、分辨率高、不损坏被探测目标等特点，近年来在公路、铁路、桥梁、隧道、机场、城市建设以及探矿、地质考察、考古、军事等方面得到了广泛应用。步进变频信号作为一种具有大时宽带宽乘积的高分辨率信号，利用较小的瞬时带宽合成较大的工作带宽，在提高距离分辨率的同时也降低了对系统硬件的要求，故在探地雷达中获得了重视，然而步进变频具有较大的旁瓣，且设计中需要考虑步进频率和采样点之间的关系，线性调频信号具有较低的旁瓣在雷达中的应用较为广泛。

在探地雷达系统设计方面，专利《一种道路地下空洞检测系统及车载系统》主要是针对空洞检测，利用中央控制系统和卫星定位系统、数字预处理系统、电源系统和探地雷达系统等进行道路地下空洞检测系统设计，专利《基于宽频带窄脉冲电磁波技术的有源探地雷达系统》主要是利用宽频带窄脉冲电磁波技术，降低系统为了提高信噪比而增加的AD成本，专利《一种混合极化双通道探地雷达系统》主要是采用混合极化信息提高系统性能。文献《高分辨率探地雷达步进系统的研究与实现》主要是基于对探地雷达回波信号的分析，提出了等效时间取样的探地雷达系统的设计方法，文献《频率步进探地雷达系统小型化的设计与实现》主要通过数字频率合成技术实现超宽带步进频率信号，接收机采用单通道零差式接收技术，实现频率步进探地雷达系统设计，文献《铁路路基病害无损检测车载探地雷达系统研制及应用》主要是针对铁路路基病害进行快速、无损、连续监测的需求，根据探地雷达探测原理，研制铁路路基病害无损检测车载探地雷达系统。而本实用新型中利用线性调频较低旁瓣和大时宽带宽积和步进变频信号在高频时容易实现设计成双发射信号形式的探地雷达系统，低频使用线性调频信号，高频使用步进变频信号。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双发射信号形式探地雷达系统。低频部分采用的是线性调频信号，高频部分采用的是步进变频信号，这样既可以利用两种频域发射信号的大时宽带宽积，提高探测深度，又可以利用线性调频信号旁瓣低，距离分辨率高，高频率步进变频信号易实现等优势。

本实用新型通过下述方案实现：

一种双发射信号形式探地雷达系统，包括工控机1，低频率线性调频发射机2，高频率步进变频发射机3，接收机6，低频发射天线4，高频发射天线5，低频接收天线8，高频接收天线9，校准信号系统7，接收机公共处理系统69,所述低频发射天线4发射低频率线性调频信号，所述高频发射天线5发射高频率步进变频信号。

优选地，所述低频率线性调频发射机2由低频率线性调频振荡器21、第一功率放大器22和第一带通滤波器23组成，所述低频率线性调频发射机通过低频发射天线发射低频率线性调频信号。

优选地，所述高频率步进变频发射机3由高频率步进变频振荡器31、第二功率放大器32和第二带通滤波器33组成，所述高频率步进变频发射机通过高频发射天线发射高频率步进变频信号。

优选地，所述接收机6由低频率线性调频接收机和高频率步进变频接收机组成，所述低频率线性调频接收机由低频率直达波/地杂波抑制61、第一对数功率放大器63、第一混频器65和第二混频器67组成，其中所述第二混频器是发射信号与中频信号的混频，所述第一混频器是接收信号与第二混频器出来的信号进行混频。

优选地，所述高频率步进变频接收机由高频率直达波/地杂波抑制+AGC62、第二对数功率放大器64、第三混频器66和第四混频器68组成，所述第四混频器是发射信号与中频信号的混频，所述第三混频器接收信号与第四混频器出来的信号进行混频。

优选地，所述校准信号系统7由低频率线性调频信号与高频率步进变频信号直接自频率合成放在接收机当中。

优选地，所述接收机公共处理系统69由H/L切换开关691、第三带通滤波器692、中频功率放大器693、第五混频器694、低通滤波器、低频功率放大器和A/D696组成。

附图说明

图1本实用新型一种双发射信号形式探地雷达系统结构图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1，一种双发射信号形式探地雷达系统，包括工控机1，低频率线性调频发射机2，高频率步进变频发射机3，接收机6，低频发射天线4，高频发射天线5，低频接收天线8，高频接收天线9，校准信号系统7，接收机公共处理系统69,所述低频发射天线4发射低频率线性调频信号，所述高频发射天线5发射高频率步进变频信号。

所述低频率线性调频发射机2由低频率线性调频振荡器21、第一功率放大器22和第一带通滤波器23组成，所述低频率线性调频发射机通过低频发射天线发射低频率线性调频信号。低频率线性调频振荡器21生成频率范围100～500MHz的线性调频信号，因高频率超宽带线性调频信号受硬件水平限制，故只能在低频率段使用线性调频，线性调频信号采样率不受频点数的限制，更有较好的旁瓣抑制效果；第一功率放大器22提高发射信号功率，使得整个探地雷达系统能探测得更深；第一带通滤波器23可以滤除非频率范围内的直流信号和噪声。发射天线L4发射低频率线性调频信号。

所述高频率步进变频发射机3由高频率步进变频振荡器31、第二功率放大器32和第二带通滤波器33组成，所述高频率步进变频发射机通过高频发射天线发射高频率步进变频信号。高频率步进变频振荡器31生成频率范围500MHz～1200MHz的步进变频信号，因步进变频信号容易实现，故在高频率段可以步进变频信号，步进变频信号同样拥有大时宽带宽积，且在后续的信号处理方面与现行调频信号有共同的部分，故可以共用一部分相同的接收机模块，降低成本；第二功率放大器32提高发射信号功率，使得整个探地雷达系统能探测得更深；第二带通滤波器33可以滤除非频率范围内的直流信号和噪声。发射天线H5发射高频率步进变频信号。

所述接收机6由低频率线性调频接收机和高频率步进变频接收机组成，所述低频率线性调频接收机由低频率直达波/地杂波抑制61、第一对数功率放大器63、第一混频器65和第二混频器67组成，其中所述第二混频器是发射信号与中频信号的混频，所述第一混频器是接收信号与第二混频器出来的信号进行混频，将有效信号搬移到中频上；直达波/地杂波抑制L61是用来抑制天线之间耦合波和地面反射波的能量，以确保信号能够在动态范围内采到；第一对数功率放大器63是用来补偿电磁波的幅度衰减。接收天线L8接收经目标反射后的低频率线性调频信号。

所述高频率步进变频接收机由高频率直达波/地杂波抑制+AGC62、第二对数功率放大器64、第三混频器66和第四混频器68组成，所述第四混频器是发射信号与中频信号的混频，所述第三混频器接收信号与第四混频器出来的信号进行混频，将有效信号搬移到中频上；直达波/地杂波抑制H62是用来抑制天线之间耦合波和地面反射波的能量，以确保信号能够在动态范围内采到；第二对数功率放大器64是用来补偿电磁波的幅度衰减。接收天线H9接收经目标反射后的步进变频信号。

所述校准信号系统7由低频率线性调频信号与高频率步进变频信号直接自频率合成放在接收机当中，以便于直达波/地杂波抑制61、62。

所述接收机公共处理系统69由H/L切换开关691、第三带通滤波器692、中频功率放大器693、第五混频器694、低通滤波器、低频功率放大器和A/D696组成。此部分为接收机中两种形式信号的共用部分，故可以减少器件的使用，减少费用支出。H/L切换开关691切换高频和低频模式；第三带通滤波器692保留中频f1MHz频率范围内的有效信号部分；通过中频功率放大器693放大此部分信号的频率，以便于目标信号检测；第五混频器694和低通滤波器将中频信号降到零中频，便于A/D采集；低频功率放大器放大此时的低频有效信号。

以上对本实用新型所提供的一种双发射信号形式探地雷达系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种双发射信号形式探地雷达系统，包括工控机(1)，低频率线性调频发射机(2)，高频率步进变频发射机(3)，接收机(6)，低频发射天线(4)，高频发射天线(5)，低频接收天线(8)，高频接收天线(9)，校准信号系统(7)，接收机公共处理系统(69)；所述工控机(1)分别与低频率线性调频发射机(2)和高频率步进变频发射机(3)相连接，所述低频率线性调频发射机(2)与低频发射天线(4)相连接，所述低频发射天线(4)发射低频率线性调频信号；所述高频率步进变频发射机(3)与高频发射天线(5)相连接，所述高频发射天线(5)发射高频率步进变频信号；所述低频接收天线(8)用于接收低频率线性调频信号；所述高频接收天线(9)用于接收高频率步进变频信号；所述低频接收天线(8)和高频接收天线(9)均与接收机(6)相连接；所述校准信号系统(7)用于将低频率线性调频信号和高频率步进变频信号自频率合成后发送到接收机(6)；所述接收机(6)与接收机公共处理系统(69)相连接；所述接收机公共处理系统(69)与工控机(1)相连接。

2.根据权利要求1所述的系统，所述低频率线性调频发射机(2)由低频率线性调频振荡器(21)、第一功率放大器(22)和第一带通滤波器(23)组成，所述低频率线性调频发射机通过低频发射天线发射低频率线性调频信号。

3.根据权利要求1所述的系统，所述高频率步进变频发射机(3)由高频率步进变频振荡器(31)、第二功率放大器(32)和第二带通滤波器(33)组成，所述高频率步进变频发射机通过高频发射天线发射高频率步进变频信号。

4.根据权利要求1所述的系统，所述接收机(6)由低频率线性调频接收机和高频率步进变频接收机组成，所述低频率线性调频接收机由低频率直达波/地杂波抑制(61)、第一对数功率放大器(63)、第一混频器(65)和第二混频器(67)组成，其中所述第二混频器是发射信号与中频信号的混频，所述第一混频器是接收信号与第二混频器出来的信号进行混频。

5.根据权利要求4所述的系统，所述高频率步进变频接收机由高频率直达波/地杂波抑制+AGC(62)、第二对数功率放大器(64)、第三混频器(66)和第四混频器(68)组成，所述第四混频器是发射信号与中频信号的混频，所述第三混频器接收信号与第四混频器出来的信号进行混频。

6.根据权利要求1所述的系统，所述校准信号系统(7)由低频率线性调频信号与高频率步进变频信号直接自频率合成放在接收机当中。

7.根据权利要求1所述的系统，所述接收机公共处理系统(69)由H/L切换开关(691)、第三带通滤波器(692)、中频功率放大器(693)、第五混频器(694)、低通滤波器、低频功率放大器和A/D(696)组成。