[發明專利]一種自適應單軌多幅探地雷達、控制方法及應用

在審

• 申請號: 202111040632.7
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113945923A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 張照;趙一豪;張鵬飛;吳燕民;葛薇
• 申請（專利權）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團公司第二十二研究所）;西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/08;G01S7/292
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于雷達和天線技術領域，公開了一種自適應單軌多幅探地雷達、控制方法及應用，包含有陣列天線、切換開關網絡、雷達主機。所述陣列天線包含有多個天線單元并通過饋電網絡與所述的切換開關網絡相連，所述切換開關網絡包含有天線選擇單刀多擲切換開關和雙刀雙擲收發通道選擇切換開關。本發明通過開關切換可以使陣列的任意天線單元對處于發射和接收狀態，通過分時數據聯合處理實現雷達單軌移動情形下的多幅高精度地質基本參數探測學習和對應的自適應目標探測，大幅提高探地雷達的探測精度和探測效率。本發明通過單測試點不同相對位置的測試數據聚焦獲得3D的數據，大大提升雷達的探測效率和信息有效性。

技術領域

本發明屬于雷達和天線技術領域，尤其涉及一種自適應單軌多幅探地雷達、控制方法及應用。

背景技術

目前，探地雷達系統由于具有無損的穿透檢查和探測能力，在生命搜救、掃雷、地質勘探、地質檢測、道路災害監測、層析成像等各個領域具有非常廣泛的應用。

常規的探地雷達工作機理如下：由雷達主機通過射頻系統發射模塊激勵發射天線產生發射電磁波，電磁波穿透地質經過分界面反射或者埋藏目標散射后形成回波，由接收天線接收回波信號，提取其中的時延、幅度和相位等有用信息來獲取雷達當前探測點可探測區域的探測對象的數據。其典型如道路災害監測雷達，就可以通過時延信息獲取埋藏在地下的金屬結構或大面積空洞的輪廓和狀態。進一步，在實際應用中，結合雷達的移動，可以按照特定的軌道折返覆蓋形成對指定區域的完整探測及成像。可以看出，當目標埋藏在土壤或者其他地質材料中時，電磁波實際上經過了發射波空氣傳播、發射波空氣-地質分界面透射、發射波地質介質傳播、目標散射、散射波地質介質傳播、散射波地質-空氣分界面透射、散射波空氣傳播的過程，因此準確的地質參數及模型對雷達數據的解讀和目標信息的獲取具有至關重要的作用。

現有技術存在的問題及缺陷為：傳統的探地雷達采用單發單收的工作模式，這種雷達工作模式往往無法獲取準確的地質模型參數，只能依賴粗略的地質數據或者調用離線數據庫參數進行處理，而實際的地質情形復雜，其參數在小范圍內就有可能呈現劇烈的變換，這就會導致這種依賴粗略的地質數據或者離線數據庫的處理方式具有很大的誤差和不確定性，進而使處理獲取的目標信息具有很大的誤差。進一步，當面臨探測深度方向分層地質參數變化較大的情況，由于頂層媒質的覆蓋和不可預見性，會導致更大的測試誤差，甚至錯誤。此外，單發單收的工作模式無法借助多個收發數據進行聚焦，使得測試的數據僅具有距離維的信息，為了獲取3維信息，需要在經緯度兩個方向上進行網格式的交叉反復測試，大大降低了測試的效率。因此迫切需要發展高精度高效率的探地雷達測試技術。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)傳統的探地雷達采用單發單收的工作模式只能依賴粗略的地質數據或者調用離線數據庫參數進行處理，導致這種依賴粗略的地質數據或者離線數據庫的處理方式具有很大的誤差和不確定性，使處理獲取的目標信息具有很大的誤差。

(2)傳統的探地雷達由于頂層媒質的覆蓋和不可預見性，會導致更大的測試誤差，甚至錯誤。

(3)傳統的探地雷達為了獲取3維信息，需要在經緯度兩個方向上進行網格式的交叉反復測試，大大降低了測試的效率。因此迫切需要發展高精度高效率的探地雷達測試技術。

解決以上問題及缺陷的難度為：基于傳統的單發單收雷達系統，如果想獲取地質參數，無論采用多次測量還是采用輔助儀表，難以降低測試的時間成本和系統造價成本。進一步，如果想獲取探測目標3維信息，需要進行縱向和橫向的反復測量以及采用時間上交錯的復雜成像算法，這樣不僅使算法本身復雜；也導致處理算法的硬件成本過高；同時還要求測試軌跡在空間具有非常嚴格的規范軌跡以提高成像算法的精度，給系統開發和實用帶來很大的難度。