一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统及控制方法技术方案

本发明专利技术旨在提供一种多通道超宽带多频阵列探地雷达控制系统，包括：用于收发多频雷达探测脉冲的多频天线阵列模块、用于控制多频天线阵列的天线阵时基控制模块、数据采集及预处理模块、数据成像处理模块、电源管理模块。系统采用多个不同频率的天线阵列设计，天线密度大，集成度高，能够高效地进行大面积区域扫描，同时完成不同深度的结构探测，探测速度快，数据采集效率高，测线间隔均匀，剖面数据一致性好，能够充分保证成像及探测效果。本发明专利技术还提供了该多通道超宽带多频阵列探地雷达控制系统的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统及控制方法
本专利技术涉及探地雷达
，特别是指一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统及控制方法。
技术介绍
超宽带雷达技术利用地下介质的电磁差异性来探测埋设目标，电磁波在地下介质传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体时，如空洞、水、分界面时，电磁波便发生反射或散射，雷达控制系统根据接收回波信号的幅度、延时、形状及频谱特性等参数对接收到的电磁波进行信号处理和分析，可以解译出目标深度、介质结构及性质，从而完成隐蔽目标的成像与识别。对于探测深度差别较大的目标检测领域，如公路探测领域的路基厚度及路基内部缺陷检测，既要满足高精度分辨率要求，也要满足探测深度的要求，此时需要使用不同频率的天线进行探测。传统的探地雷达控制系统采用单频率天线或者单频率天线阵进行探测，当探测深度发生较大变化时，需要更换相应频率的天线或天线阵对探测区域重复扫描，探测速度慢，效率较低，测线难于控制，不利于目标成像。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达控制系统，采用多个不同频率的天线阵列设计，天线密度大，集成度高，能够高效地进行大面积区域扫描，同时完成不同深度的结构探测，探测速度快，数据采集效率高，测线间隔均匀，剖面数据一致性好，能够充分保证成像及探测效果。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统，其特征在于，包括：用于收发多频雷达探测脉冲的多频天线阵列模块、用于控制多频天线阵列的天线阵时基控制模块、数据采集及预处理模块、数据成像处理模块、电源管理模块；多频天线阵模块包括由N个低频发射天线单元和N个低频接收天线单元组成的低频天线阵列、由N个中低频发射天线单元和N个中低频接收天线单元组成的中低频天线阵列、由N个中高频发射天线单元和N个中高频接收天线单元组成的中高频天线阵列、由N个高频发射天线单元和N个高频接收天线单元组成的高频天线阵列。优选的，所述低频天线阵列、所述中低频天线阵列、所述中高频天线阵列、所述高频天线阵列布置在同一矩形平面板ABCD上；所述矩形平面板ABCD的左短边AD的中点为E，所述矩形平面板ABCD的右短边BC的中点为F，中点连线为EF；所述N个低频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个低频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个低频发射天线单元与所述N个低频接收天线单元关于EF对称；所述N个中低频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中低频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中低频发射天线单元与所述N个中低频接收天线单元关于EF对称；所述N个中高频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中高频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中高频发射天线单元与所述N个中高频接收天线单元关于EF对称；所述N个高频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个高频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个高频发射天线单元与所述N个高频接收天线单元关于EF对称。优选的，所述N个低频发射天线单元从左到右依次为第1低频发射天线、第2低频发射天线、……、第N低频发射天线，所述N个低频接收天线单元从左到右依次为第1低频接收天线、第2低频接收天线、……、第N低频接收天线；第1低频发射天线与第1低频接收天线的连线中点为第1扫描点，第1低频发射天线与第2低频接收天线的连线中点为第2低频扫描点，第2低频发射天线与第2低频接收天线的连线中点为第3低频扫描点，第2低频发射天线与第3低频接收天线的连线中点为第4低频扫描点，……，第N-1低频发射天线与第N-1低频接收天线的连线中点为第2N-3低频扫描点，第N-1低频发射天线与第N低频接收天线的连线中点为第2N-2低频扫描点，第N低频发射天线与第N低频接收天线的连线中点为第2N-1低频扫描点；所述2N-1个低频扫描点构成低频扫描线；与低频天线阵列相同，所述N个中低频发射天线单元从左到右依次为第1中低频发射天线、第2中低频发射天线、……、第N中低频发射天线，所述N个中低频接收天线单元从左到右依次为第1中低频接收天线、第2中低频接收天线、……、第N中低频接收天线，所述中低频天线阵列包括2N-1个中低频扫描点；所述2N-1个中低频扫描点构成中低频扫描线；与低频天线阵列相同，所述N个中高频发射天线单元从左到右依次为第1中高频发射天线、第2中高频发射天线、……、第N中高频发射天线，所述N个中高频接收天线单元从左到右依次为第1中高频接收天线、第2中高频接收天线、……、第N中高频接收天线，所述中高频天线阵列包括2N-1个中高频扫描点；所述2N-1个中高频扫描点构成中高频扫描线；与低频天线阵列相同，所述N个高频发射天线单元从左到右依次为第1高频发射天线、第2高发射天线、……、第N高频发射天线，所述N个高频接收天线单元从左到右依次为第1高频接收天线、第2高频接收天线、……、第N高频接收天线，所述高频天线阵列包括2N-1个高频扫描点；所述2N-1个高频扫描点构成高频扫描线。优选的，所述第i低频扫描点、所述第i中低频扫描点、所述第i中高频扫描点、所述第i高频扫描点，其相互间距不超过0.1m，i＝{1,2，……，N}。优选的，所述低频发射天线单元、所述中低频发射天线单元、所述中高频发射天线单元、所述高频发射天线单元，均包括发射单元，所述发射单元采用放大电路通过阶跃产生快沿高幅度脉冲，所述发射单元包括运算放大器、射频三极管。优选的，所述低频接收天线单元、所述中低频接收天线单元、所述中高频接收天线单元、所述高频接收天线单元，均包括接收单元，所述接收单元包括阶跃电路、取样门电路、保持放大电路和入端匹配电路。优选的，所述天线阵时基控制模块，包括高精度时序控制单元、高频率开关切换单元；所述高精度时序控制单元产生发射单元控制脉冲、接收单元控制脉冲、数据采集控制脉冲；所述高频率开关切换单元用于接收发射单元控制脉冲、接收单元控制脉冲，并实现各个天线的选通；所述高精度时序控制单元还产生基频信号、4路异相基频信号；所述4路异相基频信号依次为异相基频信号1、异相基频信号2、异相基频信号3、异相基频信号4；所述异相基频信号1作为所述低频接收天线阵列的同步控制时钟，所述异相基频信号2作为所述中低频接收天线阵列的同步控制时钟，所述异相基频信号3作为所述中高频接收天线阵列的同步控制时钟，所述异相基频信号4作为所述高频接收天线阵列的同步控制时钟；所述高精度时序控制单元包括CPLD芯片、延时控制电路；所述高精度时序控制单元采用低摆幅、快速的LVPECL主时钟。优选的，所述基频信号为50％占空比的矩形脉冲信号；所述异相基频信号1为所述基频信号的2分频信号，所述异相基频信号1的起始沿与所述基频信号的第1脉冲上升沿对齐；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统，其特征在于，包括：用于收发多频雷达探测脉冲的多频天线阵列模块、用于控制多频天线阵列的天线阵时基控制模块、数据采集及预处理模块、数据成像处理模块、电源管理模块；/n多频天线阵模块包括由N个低频发射天线单元和N个低频接收天线单元组成的低频天线阵列、由N个中低频发射天线单元和N个中低频接收天线单元组成的中低频天线阵列、由N个中高频发射天线单元和N个中高频接收天线单元组成的中高频天线阵列、由N个高频发射天线单元和N个高频接收天线单元组成的高频天线阵列。/n

【技术特征摘要】
1.一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统，其特征在于，包括：用于收发多频雷达探测脉冲的多频天线阵列模块、用于控制多频天线阵列的天线阵时基控制模块、数据采集及预处理模块、数据成像处理模块、电源管理模块；
多频天线阵模块包括由N个低频发射天线单元和N个低频接收天线单元组成的低频天线阵列、由N个中低频发射天线单元和N个中低频接收天线单元组成的中低频天线阵列、由N个中高频发射天线单元和N个中高频接收天线单元组成的中高频天线阵列、由N个高频发射天线单元和N个高频接收天线单元组成的高频天线阵列。


2.根据权利要求1所述的一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统，其特征在于，所述低频天线阵列、所述中低频天线阵列、所述中高频天线阵列、所述高频天线阵列布置在同一矩形平面板ABCD上；所述矩形平面板ABCD的左短边AD的中点为E，所述矩形平面板ABCD的右短边BC的中点为F，中点连线为EF；
所述N个低频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个低频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个低频发射天线单元与所述N个低频接收天线单元关于EF对称；
所述N个中低频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中低频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中低频发射天线单元与所述N个中低频接收天线单元关于EF对称；
所述N个中高频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中高频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个中高频发射天线单元与所述N个中高频接收天线单元关于EF对称；
所述N个高频发射天线单元位于上半面ABFE上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个高频接收天线单元位于下半面EFCD上，并构成与EF平行的均匀线阵；所述N个高频发射天线单元与所述N个高频接收天线单元关于EF对称。


3.根据权利要求2所述的一种多通道超宽带阵列探地频阵雷达系统，其特征在于，所述N个低频发射天线单元从左到右依次为第1低频发射天线、第2低频发射天线、……、第N低频发射天线，所述N个低频接收天线单元从左到右依次为第1低频接收天线、第2低频接收天线、……、第N低频接收天线；第1低频发射天线与第1低频接收天线的连线中点为第1扫描点，第1低频发射天线与第2低频接收天线的连线中点为第2低频扫描点，第2低频发射天线与第2低频接收天线的连线中点为第3低频扫描点，第2低频发射天线与第3低频接收天线的连线中点为第4低频扫描点，……，第N-1低频发射天线与第N-1低频接收天线的连线中点为第2N-3低频扫描点，第N-1低频发射天线与第N低频接收天线的连线中点为第2N-2低频扫描点，第N低频发射天线与第N低频接收天线的连线中点为第2N-1低频扫描点；所述2N-1个低频扫描点构成低频扫描线；
与低频天线阵列相同，所述N个中低频发射天线单元从左到右依次为第1中低频发射天线、第2中低频发射天线、……、第N中低频发射天线，所述N个中低频接收天线单元从左到右依次为第1中低频接收天线、第2中低频接收天线、……、第N中低频接收天线，所述中低频天线阵列包括2N-1个中低频扫描点；所述2N-1个中低频扫描点构成中低频扫描线；
与低频天线阵列相同，所述N个中高频发射天线单元从左到右依次为第1中高频发射天线、第2中高频发射天线、……、第N中高频发射天线，所述N个中高频接收天线单元从左到右依次为第1中高频接收天线、第2中高频接收天线、……、第N中高频接收天线，所述中高频天线阵列包括2N-1个中高频扫描点；所述2N-1个中高频扫描点构成中高频扫描线；
与低频天线阵列相同，所述N个高频发射天线单元从左到右依次为第1高频发射天线、第2高发射天线、……、第N高频发射天线，所述N个高频接收天线单元从左到右依次为第1高频接收天线、第2高频接收天线、……、第N高频接收天线，所述高频天线阵列包括2N-1个高频扫描点；所述2N-1个高频扫描点构成高频扫描线。


4.根据权利要求3所述的一种多通道超宽带...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兆峰，彭宇，
申请(专利权)人：青岛中电众益智能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37