步进频率连续波前视探地雷达的研究

研制了一种步进频率连续波探地雷达系统,能对载体前方较大范围浅地表穿透实时二维成像.该系统采用双发射天线和接收天线的组合线阵接收方位回波,将接收天线数量降低一半;利用分频段多级均衡校正、设置参考通道、数字中频接收等方案保证系统具有良好的幅频、相频特性;利用中频耦合对消方案抑制收发耦合;利用快速双站后向投影算法进行合成孔径成像.试验表明,系统可实现浅地表穿透成像探测.     

脉冲探地雷达回波信号数据采集的设计

深入分析探地雷达工作原理以及雷达回波信号的特点,采用基于等效时间取样技术实现探地雷达回波信号的数据采集:采用高精度的数字可编程延时器产生稳定的步进时钟,作为时序步进采样的同步信号,同时采用"PC机+单片机+CPLD"以实现对数据采集、存储和传输的时钟控制.较之以前采用模拟电路技术产生步进采样脉冲,有电路简单、精度高、稳定性好和实时性强等优点.将标准的正弦波通过该采集电路,经处理得到恢复的波形,通过波形对比的方式来验证该设计的性能,从而定性的可以看出该设计能良好的恢复原来的信号,满足设计要求.     

脉冲探地雷达回波信号数据采集的设计

深入分析探地雷达工作原理以及雷达回波信号的特点,采用基于等效时间取样技术实现探地雷达回波信号的数据采集：采用高精度的数字可编程延时器产生稳定的步进时钟,作为时序步进采样的同步信号,同时采用“PC机＋单片机＋CPLD”以实现对数据采集、存储和传输的时钟控制。较之以前采用模拟电路技术产生步进采样脉冲,有电路简单、精度高、稳定性好和实时性强等优点。将标准的正弦波通过该采集电路,经处理得到恢复的波形,通过波形对比的方式来验证该设计的性能,从而定性的可以看出该设计能良好的恢复原来的信号,满足设计要求。     

步进扫频宽带探地雷达信号处理

基于一种步进扫频的宽带探地雷达前端设计,有效地解决探地雷达探测深度和高分辨率的矛盾。该前端系统发射151个步进频脉冲,接收地下物体反射的回波信号,对回波信号进行混频和滤波,然后,选取不同脉冲数处理回波信号,实现了对地探测深度深和分辨率高的优点。用Matlab对步进扫频宽带探地雷达信号进行仿真,并由实验平台验证超宽带步进频在目标探测应用中的有效性。实验结果表明,步进扫频宽带探地雷达可以实现较大的浅地层探测深度和较高的分辨率。     

用于探地雷达的DDS步进频率设计

基于直接数字频率合成(DDS)技术在带宽、频率转换速率、调频线性度、频率分辨率和稳定度等方面的优异性能,采用直接数字频率合成芯片AD9959设计4路独立的步进频率源,结合3V低功耗接收机中频子系统AD607芯片设计超外差式接收机,实现了用于探地雷达的一种DDS步进频率设计,方案简单易行,性能高效稳定。     

频率步进探地雷达的SAR成像处理方法

由于冲激脉冲探地雷达平均功率低,限制了其作用距离和探测深度,多用于近地表和浅低层探测。为了提高系统的作用距离和探测深度,常采用频率步进探地雷达。利用频率步进信号的大带宽和高平均功率的特点,不但可以提高作用距离和探测深度,而且成像分辨率可以大为改善。由于介质与空气的介电特性不一致,电磁波的传播路径和传播速度会发生相应的改变,常用的回波模型和合成孔径成像方法不再使用。本文推导出了频率步进探地雷达的回波信号模型,并结合SAR成像理论,针对地下目标探测的特点,提出了分层聚焦的SAR成像处理方法,取得了良好的效果。     

步进频率连续波探地雷达数字信号处理机

设计实现了一种超宽带步进频率连续波探地雷达数字信号处理机。处理机以TS201芯片为处理核心,采用了分布式存储和独立总线结构,利用link口实现处理器间和板间高速数据交换。基于处理板结构设计实现了信号处理算法流程。该步进频率探地雷达信号处理从流程上划分为数据整合与回波预处理、合成孔径成像、图像增强与杂波抑制和跟踪检测四个模块,可实时输出雷达图像和检测结果。该处理机成功地应用于某探地雷达系统,运行稳定。     

步进频率连续波探地雷达耦合信号的抑制

步进频率连续波是探地雷达常用波形之一,该体制雷达存在的一个严重问题是发射信号直接耦合到接收天线,降低接收机灵敏度,导致接收机前端饱和甚至损坏.针对步进频率连续波体制探地雷达,采用通过收发天线设计降低耦合信号,保证其不会导致接收系统饱和,再在中频数字域进行对消的耦合抑制方案,详细分析了其工程实现流程和应用条件,给出了某步进频率连续波合成孔径探地雷达耦合波对消前后的雷达图像,说明了耦合对消方法的有效性.该方法在某探地雷达中获得实际应用,工作稳定可靠.     

基于等效时间采样的探地雷达回波信号采样方法研究

探地雷达是一个工作频率上限约为1GHz的时域系统。如果采用传统的实时采样技术，采样信号的频率将会很高，从频谱角度分析，对采样系统的频带要求更高。实际上，作为雷达数字显示系统前端的A/D转换器，其采样速率很难满足采样定律对实时采样的要求。为此，本文提出了一种对探地雷达回波信号这种特殊的高频信号进行采集的方法，即等效时间采佯方法，并设计实现了等效时间采样的具体电路，包括产生步进采样脉冲的高精度步进系统、采样门电路等。     

平衡馈电超宽带探地雷达系统的研究与实现

提出了一种新型平衡馈电超宽带探地雷达系统的设计方法,并研制了实际的电路系统。该雷达系统关键技术包括发射机平衡脉冲的实现,取样脉冲产生方法以及取样门的设计。发射机电路产生脉冲宽度为500 ps,峰值电压幅度为8 V的平衡脉冲信号。接收机采样带宽高达4.3 GHz,为平衡取样门结构,对宽带信号进行采样和保持。对雷达系统进行穿透探测实验,实验结果表明:雷达系统能成功接收携有目标信息的雷达回波信号,并能检测到混凝土实体后面的金属物。该雷达系统适合浅层高分辨率目标检测的应用。     

高频探地雷达安检软件系统设计与实现

高频探地雷达包含1.6 GHz雷达天线、雷达主机和无线终端三部分。无线终端通过2.4 GHz UHF WiFi与雷达主机相连,采用自定义数据传输协议控制雷达主机状态,调整信号增益和时间窗,并通过无线终端实时显示探测结果。文中在高频探地雷达基础上,开发基于Android的安检软件系统,用于检测金属危险品。通过对非金属目标和金属目标的实验测试,研究不同距离情况下探测结果的差异。结果表明,探测距离相同时,金属目标的反射信号较强,非金属目标的反射信号较弱。通过反射信号的差异,安检软件系统能够实现对金属危险品的检测。     

Landmine detection with ground penetrating radar using hiddenMarkov models

Novel, general methods for detecting landmine signatures in ground penetrating radar (GPR) using hidden Markov models (HMMs) are proposed and evaluated. The methods are evaluated on real data collected by a GPR mounted on a moving vehicle at three different geographical locations. A large library of digital GPR signatures of both landmines and clutter/background was constructed and used for training. Simple, but effective, observation vector representations are constructed to naturally model the time-varying signatures produced by the interaction of the GPR and the landmines as the vehicle moves. The number and definition of the states of the HMMs are based on qualitative signature models. The model parameters are optimized using the Baum-Welch algorithm. The models were trained on landmine and background/clutter signatures from one geographical location and successfully tested at two different locations. The data used in the test were acquired from over 6000 m² of simulated dirt and gravel roads, and also off-road conditions. These data contained approximately 300 landmine signatures, over half of which were plastic-cased or completely nonmetal     

Single-reference near-field calibration procedure for step-frequency ground penetrating radar

The antenna system of ground penetrating radar is usually positioned in the vicinity of the ground surface to obtain sufficient spatial resolution for detecting small targets. Therefore, received signals are subject to errors caused by unwanted reflections and coupling. A near-field calibration procedure taking into account these effects as well as antenna dispersion is presented. For practical convenience, only a metal plane is used here as a calibration standard. Calibration data are measured for a set of distances between the antenna and metal plane. The reference reflections in all positions are computed using polynomial representation of the reflected signal. Then, error coefficients are obtained by a solution of a linear system of equations in the least squares sense. Experimental verification of the proposed calibration technique demonstrated efficient removal of artefacts caused by unwanted reflections. Moreover, peaks in the radar range profile become sharper after calibration if the antenna is dispersive. Consequently, the ground response in the form of an exponential term can be effectively subtracted from the received signal. This helps to reveal and discriminate shallow underground targets obscured by strong reflection of the ground surface. Experimental examples are given to illustrate the performance of the method.     

探地雷达回波信号的特征提取和分类

探地雷达的回波信号具有非平稳特征.为实现非平稳信号的检测和分类,采用了二进小波变换、主分量分析与Fisher线性判别分析和前馈多层感知器分类器分别对探地雷达回波信号进行小波分解、去相关与特征选择和分类.实验结果表明,该算法具有很好的分类效果.     

提高探地雷达时域接收机性能的技术研究

为了提高探地雷达接收机的性能,从时域接收机原理着手,采用降低旁通效应、降低取样脉冲泄漏、合理选择元器件、改进电源设计、优化电路设计及结构设计等技术方法进行了分析研究,并进行了测试和对比实验,证明该技术措施明显提高了接收机的性能。该技术措施也适用于其他超宽带时域接收机设计,部分措施对通用雷达频域接收机也有一定借鉴作用。     

具有屏蔽腔和吸波材料的探地雷达天线的FDTD分析

天线是探地雷达系统的关键部件之一,系统要求天线具有较好的辐射波形以及一定的隔离度.给出了一种可用于探地雷达系统的分布电阻加载的变形TEM喇叭天线,并且采用三维FDTD方法分析了屏蔽腔和吸收材料对其辐射特性的影响.计算结果表明,通过加入屏蔽腔和吸收材料,可以减小收发天线之间的直耦信号,使目标回波信号更加明显,从而提高了系统的动态范围.