[發明專利]混合極化雙通道探地雷達系統

無效

• 申請號: 201410597366.1
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104280719A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 劉海;柳清伙;陳忠;劉顏回;朱錦鋒;梁添
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及探地雷達，尤其是涉及一種混合極化雙通道探地雷達系統。

背景技術

在近地表探測領域內，探地雷達的應用十分廣泛，然而，地下介質復雜多變，電磁波在其中衰減速度快，地表雜波噪音和地下雜波干擾嚴重，使得地下目標的探測、成像和屬性提取變得困難。

由于來自地下或者墻體內部線性目標的反射信號對收發天線的極化方向存在很強的依賴性，通過采集不同收發極化組合反射信號的極化探地雷達可以獲得更豐富的目標信息，不僅大大提高了探地雷達系統的探測能力，而且可以獲取不同極化通道中目標反射信號的相對振幅和相位等信息分析目標的散射特性，提高對目標相關屬性的提取能力。

傳統商業探地雷達系統由于采用相同的線性極化偶極子天線及其改進類型天線作為收發天線，一般只能發射和采集單個極化方向的電磁波回波信號，所含信息量相對匱乏，難以滿足對地下目標，尤其是線性目標進行成像和屬性反演時對回波信號極化信息量的需求。同時，受偶極子天線相對帶寬的限制，分辨率較低。

目前，極化探地雷達可通過單極化模式、雙極化模式和全極化模式三種模式來實現。單極化模式采用收發分置的商業探地雷達系統，通過改變天線極化方向的布置重復采集不同極化組合的數據可合成極化探地雷達數據，但是由于這種模式采集時間長、天線定位誤差大，造成不同極化信號的相干性差，無法精確地提取目標的極化散射信息。

雙極化模式可采用兩套探地雷達系統,按照不同天線極化方向布置來實現，盡管可節約數據采集時間，但成倍增加了系統的成本，也無法保證所采集的不同極化模式信號的相干性。

全極化模式需要兩個雷達發射機在轉換開關的控制下交替通過兩個發射天線發射水平和垂直兩個正交極化方向的電磁脈沖信號，并分別用水平和垂直兩種極化方向的接收天線接收回波信號。但全極化工作模式大大增加了系統的復雜性和研制成本，制約了其掃描速度和工作效率，同時也很難保證所采集的不同極化模式回波信號的相關性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種混合極化雙通道探地雷達系統。

本發明設有雙通道矢量網絡分析儀、混合極化天線陣列、計算機；

所述雙通道矢量網絡分析儀與混合極化天線陣列通過同軸傳輸線連接，計算機通過GBIP數據線與雙通道矢量網絡分析儀連接并控制雙通道矢量網絡分析儀收發雷達信號并傳輸數據；

所述雙通道矢量網絡分析儀設有雷達主機、發射機、第1接收機、第2接收機，計算機通過GBIP數據線與雷達主機連接；所述混合極化天線陣列設有圓極化平面螺旋發射天線、第1線性極化接收天線、第2線性極化接收天線，圓極化平面螺旋發射天線與發射機的發射信號輸出端連接，第1線性極化接收天線與第1接收機的接收信號輸入端連接，第2線性極化接收天線與第2接收機的接收信號輸入端連接；第1線性極化接收天線與第2線性極化接收天線互相垂直，圓極化平面螺旋發射天線、第1線性極化接收天線和第2線性極化接收天線的主軸方向互相平行，視在相位中心位于同一水平面上并成等腰直角三角形，即第1線性極化接收天線和第2線性極化接收天線的孔徑中心到圓極化平面螺旋發射天線中心的距離相等。

所述圓極化平面螺旋發射天線可采用圓極化平面右手螺旋發射天線。

所述第1線性極化接收天線和第2線性極化接收天線可采用線性極化Vivaldi接收天線。

本發明在已有超寬帶探地雷達天線基礎上，通過優化設計構造一個超寬帶混合極化雙通道探地雷達天線陣列。該天線陣列由作為發射信號的一個圓極化螺旋天線及作為接收信號的兩個相互垂直的線性極化Vivaldi天線構成。天線的相對布置位置是：三個天線的主軸方向互相平行，其視在相位中心在同一個水平面上，并成等腰直角三角形，即兩個接收天線孔徑中心到平面螺旋發射天線中心的距離相等。

平面螺旋發射天線輻射的圓極化電磁波可以分解為兩個相互正交的線性極化電磁波，在理想情況下其振幅相等，相位相差90度。該天線陣列中兩個線性極化Vivaldi接收天線可同時接收兩個相互垂直極化方向的電磁回波信號，保證了其相干性。

本發明為了克服單極化和全極化模式的缺點,采用混合簡縮極化模式。該模式作為一種特殊的雙極化模式，是雙極化模式與全極化模式的折中，即通過發射圓極化波，同時接收水平和垂直的線性極化回波。

與單極化和傳統雙極化模式相比，本發明采用的混合簡縮極化模式應用不同極化類型的收發天線，能夠采集更豐富的回波信號。