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低频段脉冲探地雷达技术研究

邹爱民  
【摘要】:探地雷达是近十几年来发展起来的地球物理探测仪器,广泛应用于工程、环境等无损探测。目前取得良好应用效果的探地雷达系统均为超宽带脉冲体制,仪器设备主要依赖进口。本文以隧道地质预报这一应用为背景,开展了低频段脉冲探地雷达相关技术研究工作。给出了一种仪器总体设计方案,由超宽带收发天线、超宽带脉冲源模块、采集与控制模块、上位机等组成,实现了超宽带脉冲电磁波的产生、辐射、接收、数据采集、处理成像等功能。在超宽带脉冲产生方面,通过选择合适的雪崩三极管及电路结构实现了用较少数量的雪崩三极管产生较大幅度的纳秒级窄脉冲,这样的工作方式可增强雪崩电路的稳定性。基于此思想,设计了单级雪崩三极管串行级联电路。获得的纳秒级窄脉冲的幅度、频谱、重复频率等指标满足隧道地质预报对脉冲探地雷达的基本要求。脉冲源电路与应用于超宽带雷达系统中的脉冲源的对比结果表明,本文设计的脉冲源具有结构简单、性能稳定等优点。针对平面对称阵子类超宽带天线做了大量的研究工作,指出了平面蝶形天线在较高的频点上方向图变异问题,并与平面半椭圆天线做了对比,分析了其本质原因,指出了其最佳的脉冲辐射方向。提出了两种方法来实现超宽带脉冲源电路与平面蝶形天线系统的匹配:集总阻感加载方法和射频变压器匹配法。实测结果证明了这两种方法的有效性和实用性。为实现平面对称振子天线的定向辐射特性,对振子的边缘形状做了优化设计,并提出了屏蔽式四分之一椭圆天线(SQEA)的概念。仿真结果表明,此天线具有良好的阻抗带宽,时域脉冲辐射失真小,前后比可达35dB,能有效屏蔽非目标方向的辐射。超宽带脉冲通过空间辐射和电路系统的反射,对同步系统中的时钟信号形成了强烈的干扰,对此设计了基于光耦器件和瞬态抑制器件的干扰抑制电路,提高了系统同步精度。基于Windows环境,设计了上位机软件,实现了数据的实时采集、传输、处理、A-scan、B-scan显示成像、存储及系统控制等功能。


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1 邹爱民;低频段脉冲探地雷达技术研究[D];吉林大学;2011年
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