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探地雷达系统的优化设计

冯兵  
【摘要】: 探地雷达(Ground Penetrating Radar)是近几十年发展起来且正在被广泛研究的一种有效的浅层物理无损探测技术。与传统的地球物理方法相比,探地雷达具有连续探测,实时显示,操作简单,抗干扰和环境适应能力强,探测分辨率高等优点,因而此方法自问世以来便受到普遍重视。特别是近几十年随着计算机技术和电子技术的蓬勃发展,探地雷达从仪器设备到信号处理方面都获得飞跃的进步,在军事和民用领域具有广阔的应用前景。 国外对这种新的探测体制的雷达进行了大量而深入的研究和产品研制。我国开展这项技术研究较晚,应用性研究更少,且已投入探测应用的探地雷达系统性能与国外产品相比仍然存在着不小的差距。本文根据探地雷达系统工作原理,在电子科技大学探地雷达系统样机研制的基础上采用了各种有效的优化技术,包括探测前端、采样保持电路的优化,定位轮、目标定位、多线程技术的应用,数据采集处理和控制软件功能的拓展、各种有效的信号预处理算法的应用等,显著提高了系统的探测性能和增强了探测效果,使得系统方位、距离分辨率均达到了10cm,探测深度大于50cm,其性能指标达到国外先进水平,为进一步的实用化奠定了重要的基础。 本文主要贡献及创新点可归纳为以下方面: 1.针对原有系统探测效率低下,利用传感器原理设计定位轮应用于系统中,通过它来控制系统工作,代替原来人工控制,显著提高了系统的工作效率; 2.软件系统采用了许多便于工程实现的数据预处理方法,包括去除直流偏移、回波数据归一化、数据相干积累、背景去噪等,提高了系统的信噪比和分辨率,增强了成像效果; 3.针对系统数据采集、处理、显示速度较慢,软件系统采用了多线程技术,使得系统速度提高了将近一倍,为今后系统用于车载奠定了基础; 4.针对原系统无法给出目标位置的缺点,利用软件系统控制定位轮使得目标方位定位精度小于1cm,利用一次探测预埋已知目标确定介质波速从而给出未知目标深度的快速定位方法使得目标深度定位精度小于5cm;


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