發(fā)布時(shí)間：2020-02-11 03:42

【摘要】：探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,簡(jiǎn)稱(chēng)GPR),也被稱(chēng)為地質(zhì)雷達(dá),是一種利用無(wú)線電波(頻率介于1MHz～1GHz)來(lái)確定地下介質(zhì)分布情況的探測(cè)方法。近年來(lái),日益成熟的理論成果帶動(dòng)了探地雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展。由于探地雷達(dá)具有高效探測(cè)性和非破壞性等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。但是由于地下介質(zhì)區(qū)域的復(fù)雜性和探地雷達(dá)探測(cè)的特殊性,對(duì)其天線的要求更加苛刻,針對(duì)目前部分探地雷達(dá)存在著探測(cè)分辨率不高,或者在提高分辨率的同時(shí)探測(cè)距離會(huì)大幅下降的缺陷,擬改進(jìn)探地雷達(dá)的天線系統(tǒng),用相控陣天線替代傳統(tǒng)的探地雷達(dá)天線,充分利用相控陣天線的優(yōu)勢(shì)——定向波束成形能力強(qiáng)、抗干擾強(qiáng)等,研究和設(shè)計(jì)了一種用于探地雷達(dá)系統(tǒng)的由新型蝶形天線單元組成的相控陣天線。 本文首先回顧了探地雷達(dá)的發(fā)展歷史,簡(jiǎn)要介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并敘述本次研究的背景和意義。然后詳細(xì)介紹了探地雷達(dá)的基本工作原理,系統(tǒng)組成,并對(duì)其探測(cè)性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)闡述,接著研究了相控陣天線的基本組成,掃描的原理和主要參數(shù),對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了概括,最后,通過(guò)對(duì)探地雷達(dá)常用天線類(lèi)型的分析,設(shè)計(jì)了一種相控陣天線系統(tǒng)并進(jìn)行優(yōu)化和仿真。 本文采用了新式的蝶形天線單元結(jié)構(gòu),該天線單元的兩個(gè)輻射元件位于介質(zhì)板的兩側(cè),由平行線進(jìn)行饋電,在該天線單元的基礎(chǔ)上,采用饋電平行線并聯(lián),組成簡(jiǎn)單的1×2和2×2天線陣列。并以2×2天線陣列為例,使用Ansoft HFSS天線仿真軟件,對(duì)其進(jìn)行天線建模和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),最后進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果顯示,該天線陣列駐波比2的相對(duì)帶寬達(dá)到76.25%,回波損耗(工作頻率在610MHz時(shí),S11參數(shù)的值為-15.16dB),符合設(shè)計(jì)要求,在探地雷達(dá)系統(tǒng)中能夠很好的應(yīng)用。
【圖文】：

通過(guò)對(duì)收發(fā)天線所處位置的相對(duì)移動(dòng)，就可以得到若干掃描紀(jì)錄，如圖2所示，接收天線收到的回波信號(hào)，經(jīng)由采樣電路進(jìn)行采樣，然后通過(guò)成像系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成直觀的圖像。該成像圖通常采用脈沖反射的回波信號(hào)的波形記錄。分別以黑、白色顏色表示波形的正負(fù)峰，也可以用彩色或灰階表示。這樣的話，就能用同相軸或等灰度直觀的品示出地下介質(zhì)的不同反射面。波形記錄示意圖如下圖3所示。參照簡(jiǎn)中-的地下介質(zhì)中的被測(cè)物模型，畫(huà)出丫所記錄的波形示意圖。在圖3 k各波形都是按照測(cè)線的垂直方向記錄的，由此構(gòu)成了雷達(dá)的剖面，從該圖可以直觀的估計(jì)出被探測(cè)物體的大概形狀和所處位置，整個(gè)過(guò)程就是探地雷達(dá)系統(tǒng)基本的丨：作原理。^ ^ ......... 12 3 4 5 6 7 點(diǎn)位fnO： liL rrtItttT~^ 岤 tj圖2掃描紀(jì)錄 圖3波形記錄示意圖Fig2 Scanning records Fig3 Schematic diagram of waveform recording2.2探地雷達(dá)的系統(tǒng)組成探地雷達(dá)主要是由主控制中-元，發(fā)射和接收單元，信號(hào)處理單元以及顯示中-元組成的。圖4是探地雷達(dá)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。-8-

參照簡(jiǎn)中-的地下介質(zhì)中的被測(cè)物模型，畫(huà)出丫所記錄的波形示意圖。在圖3 k各波形都是按照測(cè)線的垂直方向記錄的，由此構(gòu)成了雷達(dá)的剖面，從該圖可以直觀的估計(jì)出被探測(cè)物體的大概形狀和所處位置，整個(gè)過(guò)程就是探地雷達(dá)系統(tǒng)基本的丨：作原理。^ ^ ......... 12 3 4 5 6 7 點(diǎn)位fnO： liL rrtItttT~^ 岤 tj圖2掃描紀(jì)錄 圖3波形記錄示意圖Fig2 Scanning records Fig3 Schematic diagram of waveform recording2.2探地雷達(dá)的系統(tǒng)組成探地雷達(dá)主要是由主控制中-元，，發(fā)射和接收單元，信號(hào)處理單元以及顯示中-元組成的。圖4是探地雷達(dá)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。-8-
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TN957.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 范國(guó)新;陳平;;探地雷達(dá)原理、設(shè)計(jì)思想及其實(shí)現(xiàn)——介紹一種工程實(shí)用化探地雷達(dá)[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);1992年03期

2 劉立業(yè);粟毅;毛鈞杰;;具有屏蔽腔和吸波材料的探地雷達(dá)天線的FDTD分析[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2006年03期

3 張文濤;楊暉;;寬帶波導(dǎo)縫隙天線的研究與設(shè)計(jì)[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào);2011年02期

4 周游,潘錦,聶在平;時(shí)域背腔式領(lǐng)結(jié)天線的工程化設(shè)計(jì)[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

5 丁大志;盛亦軍;樊振宏;;電磁波極化理論的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J];電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào);2010年02期

6 李嘉;郭成超;王復(fù)明;張景偉;;探地雷達(dá)應(yīng)用概述[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2007年02期

7 蘇茂鑫;田鋼;曾昭發(fā);薛翊國(guó);黃玲;石雙虎;;一種簡(jiǎn)易探地雷達(dá)天線的制作及其應(yīng)用效果分析[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2008年01期

8 方廣有,佐藤源之;頻率步進(jìn)探地雷達(dá)及其在地雷探測(cè)中的應(yīng)用[J];電子學(xué)報(bào);2005年03期

9 孫洪星,康永華;有耗介質(zhì)探地雷達(dá)波傳播衰減特性的研究[J];工程地質(zhì)學(xué)報(bào);1999年04期

10 謝昭暉;李金銘;;我國(guó)探地雷達(dá)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J];工程勘察;2007年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 尚軍平;相控陣天線快速測(cè)量與校準(zhǔn)技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2578353