探地雷达技术与应用.ppt

探地雷达技术 报告人 周正欧 教授 博导 内容简介 探地雷达研究动态 探地雷达应用 探地雷达原理 探地雷达基本概念 信号处理方法 探地雷达 Ground PenetratingRadar GPR Ground ProbingRadar GPR Subsurface PenetratingRadar SPR 一 探地雷达研究动态 电子科技大学1986开展雷达探测地雷的研究 对埋地30多公分深的塑料地雷 直径约30cm 进行了较清晰的剖面成像 获1987年电子工业部科技进步二等奖 其他单位 如西安交通大学 清华等 以及电子部22所 50所 航天部等单位都对探地雷达进行了卓有成效的研究 已有产品推出 但是 到目前为止 尚未见到我国有用合成孔径技术的探地雷达报道 1 国内研究动态 一 探地雷达研究动态 电子科技大学研制的探地雷达样机 一 探地雷达研究动态 1 国外研究动态 1904年 德国的Hulsmeyer首次采用电磁波探测地下的金属物体 1910年Leimbach和Lowy在德国首次获得关于利用电磁波对埋藏物体进行定位的专利 在1926年Hulsenbech第一次使用脉冲技术探测埋藏介质的结构 从1930年起探地雷达获得迅速发展并被应用到各行各业 上个世纪七十年代 开始展开对频域探地雷达的研究 国外探地雷达类型 下视探地雷达 人拖或车载 前视探地雷达 国外探地雷达类型 侧视探地雷达 机载探地雷达 二 探地雷达应用 探地雷达应用领域综述 二 探地雷达应用 桥梁检测 二 探地雷达应用 地基检测 二 探地雷达应用 高速公路 机场质量检测及地基检测 二 探地雷达应用 高速公路 机场质量检测及地基检测 二 探地雷达应用 城市地下管线探测 二 探地雷达应用 管线探测的探地雷达图像 二 探地雷达应用 建筑物质量检测 公路检测 二 探地雷达应用 探测地雷 二 探地雷达应用 探测雷场 二 探地雷达应用 地质勘查 左图 大同某隧道地裂缝勘探 二 探地雷达应用 地质勘查 二 探地雷达应用 月球探测 二 探地雷达应用 北极冰下水流线探测 1975年 二 探地雷达应用 考古探测 二 探地雷达应用 其它应用 三 探地雷达原理 1 特殊性 与机载雷达相比 目标不动 两层介质 其中一层介质 土壤 是有耗 不均匀 色散 空气 地界面的存在导致很强的地表杂波 目标处于天线近场 2 探地雷达体制 三 探地雷达原理 三 探地雷达原理 目前成熟的商用GPR系统 三 探地雷达原理 3 基本概念 电磁阻抗 其中 物质电磁特性 介电常数 磁导率 导电率 电磁阻抗不同导致电磁波反射 对非磁性材料 磁导率是常数 此时介电常数不同产生反射 导电率决定衰减 介电常数 三 探地雷达原理 探地雷达探测中常见物质的电参数 三 探地雷达原理 电磁参数不同导致反射 三 探地雷达原理 探地雷达距离分辨率 探地雷达距离分辨率取决于信号带宽 探地雷达方位分辨率 探地雷达方位分辨率取决于天线孔径 天线孔径 合成孔径 实孔径 三 探地雷达原理 探地雷达数据格式 三 探地雷达原理 双曲线的形成 四 探地雷达系统 探地雷达系统框图 以冲激雷达为例 四 探地雷达系统 探地雷达主要组成部分 发射机和接收机光纤电缆天线控制台笔记本电脑 四 探地雷达系统 探地雷达天线 超宽带 超宽带定义 相对带宽大于25 最大相对带宽200 浅地层探地雷达波形谱能量在几MHz到几GHz 相对带宽接近200 可分为双站雷达和单站雷达 四 探地雷达系统 探地雷达发射机 冲激源 信号宽度1ns左右 发射脉冲前沿陡峭 拖尾小 峰值功率大于400伏 典型冲激GPR峰值电压达到1KV 峰值功率达到10KW 四 探地雷达系统 探地雷达接收机 浅地层GPR工作在几个GHz 目前8位的ADC最多能实现几百MHz的采样率 16位的ADC最多工作到几十MHz 能实现几个GHz采样的ADC位数少 价格昂贵 常规ADC不能对接收的回波采样 四 探地雷达系统 序贯采样的工作原理 时序控制电路基于快斜信号和慢斜信号 ADC转换时间由交点决定 几GHz的采样速率可以降低到几MHz甚至几KHz 四 探地雷达信号处理 信号处理方法 杂波抑制 合成孔径成像 波速估计 目标识别 数据采集 去除天线等的系统误差 天线串扰传递函数不同非线性效应 参数估计数据插值抑制表面杂波去背景合成孔径成像 SAR 三维成像 空间特征时域特征频域特征 去除虚警目标识别 五 探地雷达信号处理 杂波抑制 杂波产生原理 地面 目标 五 探地雷达信号处理 合成孔径 目的 提高方位分辨率 增强信噪比 二维合成孔径成像 三维合成孔径成像 时域合成孔径成像 全息成像 kirchhoff偏移 等 频域合成孔径成像 f k偏移 Gazdag stolt偏移 等 五 探地雷达信号处理 基于微波全息成像的SAR方法 电子科大操场沙堆上的实验数据原始成像 以及用我们的合成孔径算法处理后的二维合成孔径成像 五 探地雷达信号处理 Stolt合成孔径方法 五 探地雷达信号处理 三维合成孔径处理前后对比图 五 探地雷达信号处理 波速估计不准会导致合成孔径处理后的图像发散 波速估计是确定目标深度的前提 探地雷达波速估计方法 用我们的基于霍夫变换的方法进行波速估计的结果 左图是用极值法提取边缘轮廓 右图是滤波后一次霍夫变换 五 探地雷达信号处理 探地雷达目标识别方法 目标特征提取 选取特征域 特征提取方法 根据提取的特征进行识别 主要识别