吉林大学学报(地球科学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (2): 483-490.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20170254

• 移动平台探测技术及应用 • 上一篇    下一篇

多输入多输出极化步进频率探地雷达硬件系统开发

梁文婧, 冯晅, 刘财, 恩和得力海, 张明贺, 梁帅帅   

  1. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026
  • 收稿日期:2017-09-27 出版日期:2018-03-26 发布日期:2018-03-26
  • 作者简介:梁文婧(1986-),女,博士研究生,主要从事探地雷达方面的研究,E-mail:172513381@qq.com
  • 基金资助:
    吉林省科技发展计划项目(20180101091JC)

Development of Multiple-Input and Multiple-Output Polarimetric Stepped-Frequency Ground Penetrating Radar System

Liang Wenjing, Feng Xuan, Liu Cai, Nilot Enhedelihai, Zhang Minghe, Liang Shuaishuai   

  1. College of GeoExploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China
  • Received:2017-09-27 Online:2018-03-26 Published:2018-03-26
  • Supported by:
    Supported by Science and Technology Development Program of Jilin (20180101091JC)

摘要: 对基于矢量网络分析仪的单发单收探地雷达系统进行扩展,组建了可实现信号多通道发射和多通道接收的步进频率探地雷达系统。该系统主要由计算机、矢量网络分析仪、三维直角坐标仪、开关控制转换器、同轴开关以及多次覆盖极化天线阵列构成。系统信号发射通道和信号接收通道均可扩展至6个通道,可满足一般天线阵列测量需求。多次覆盖天线阵列采集共中心点(CMP)数据,每个测点可获取2个共极化模式数据和4个交叉极化模式数据,数据叠加后噪声可得到有效压制,系统信噪比可获得较大提升;同时应用Pauli分解方法获得伪彩色剖面图以对目标物体进行散射机制的分类。对该多输入多输出步进频率探地雷达系统进行系统测试和实验的结果,验证了其可靠性。

关键词: 探地雷达系统, 极化, 天线阵列, 多次覆盖

Abstract: A conventional GPR system includes computer, network analyzer, rectangular coordinate robot, and a single antenna mode for transmission and reception, responding only to the co-polarization signal. However, we expect that more polarmetric information can be obtained. So we developed a full-polarimetric GPR system including computer, vector network analyzer, position controller, switch driver, and polarimetric multiple coverage antenna array. The arrangement of the antenna array consists of ten Vivaldi antennas oriented perpendicularly to each other that can obtain co-polarization and cross-polarization signals for each transmission. One group of experiment was performed. This group targeted to a metallic plate and a metallic dihedral. The result of this experiment shows that this GPR system with the proposed antenna array is capable of detecting the existence of buried targets, and the application of the polarimetric multiple coverage antenna array can improve the signal-to-noise ratio dramatically. We use Pauli polarimetric decomposition technique to obtain subsurface colour-coded reconstructed object images, which can be employed to interpret both the geometrical information and the scattering mechanism of the subsurface objects.

Key words: ground penetrating radar system, polarimetric, antenna array, multiple coverage

中图分类号: 

  • P631.1
[1] Robinson L A, Weir W B, Young L. Location and Recognition of Discontinuities in Dielectric Media Using Synthetic RF Pulses[J]. Proceedings of the IEEE, 1974, 62(1):36-44.
[2] Lizuka K, Fregndorfer A P, Wu K H, et al. Step-Frequency Radar[J].Journal of Applied Physics, 1984,56:2572-2583.
[3] 方广有,佐藤源之. 频率步进探地雷达及其在地雷探测中的应用[J]. 电子学报, 2005, 33(3):436-439. Fang Guangyou, Motoyuki Sato. Stepped-Frequency Ground Penetrating Radar and Its Application for Landmine Detection[J].Acta Electronica Sinica, 2005, 33(3):436-439.
[4] 屈乐乐, 方广有, 杨天虹. 频率步进探地雷达系统小型化的设计与实现[J]. 仪器仪表学报, 2010(3):699-703. Qu Lele, Fang Guangyou, Yang Tianhong.Design and Implementation of Miniature Stepped-Frequency Ground Penetrating Radar System[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2010(3):699-703.
[5] Feng Xuan, Motoyuki Sato.Pre-Stack Migration App-lied to GPR for Landmine Detection[J]. Inverse Problems, 2004, 20:S99-S115.
[6] Bashforth M B, Lewallen T S, Nammath S R, et al. Stepped Frequency Ground Penetrating Radar:U.S. Patent 5,325,095[P]. 1994-06-28.
[7] 习建军,曾昭发,黄龄,等. 阵列式探地雷达信号极化场特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2017, 47(2):633-644. Xi Jianjun, Zeng Zhaofa, Huang Ling, et al. Characteristics of the Signal Polarization Field in Array Type Ground Penetrating Rada[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2017, 47(2):633-644.
[8] 王宪楠,刘四新,程浩. Shearlet变换在GPR数据随机噪声压制中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(6):1855-1864. Wang Xiannan, Liu Sixin, Cheng Hao. Application of Shearlet Transform for Suppressing Random Noise in GPR Data[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2017, 47(6):1855-1864.
[9] Feng Xuan, Yu Yue, Liu Cai, et al. Subsurface Polarimetric Migration Imaging for Full Polarimetric Ground-Penetrating Radar[J]. Geophysical Journal International, 2015,202(2):1324-1338.
[10] Feng Xuan, Yu Yue, Liu Cai, et al. Combination of H-Alpha Decomposition and Migration for Enhancing Subsurface Target Classification of GPR[J].IEEE Transactions on Geosciences and Remote Sensing, September 2015,53:4852-4861.
[11] Lee J S, Pottier E. Polarimetric Radar Imaging:From Basics to Applications[M]. Florida:CRC Press Inc, 2009:35-37.
[1] 刘长胜, 高菲. 基于地空频率域电磁法的深部地层极化效应探测方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 366-376.
[2] 嵇艳鞠, 邓昌伟, 王宇航, 刘航, 吴琼. 基于时域有限差分法的电性源感应-极化效应三维数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1373-1382.
[3] 杨丽萍, 苏志强, 侯成磊, 白宇兴, 王彤, 孔金玲. 基于随机森林的干旱区全极化SAR土壤含水量反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1255-.
[4] 席彪, , 谢兴兵, , 毛玉蓉, , 严良俊, , 周磊, .

基于ACME的井中激电系统采集控制软件开发与应用 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(3): 785-794.

[5] 冯晅, 梁帅帅, 恩和得力海, 张明贺, 董泽君, 周皓秋, 齐嘉慧, 赵玮昌. 全极化探地雷达地下管道分类识别技术[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(2): 364-372.
[6] 王焱, 鹿琪, 刘财, 佘松盛, 刘四新. 利用GPR天线-目标极化的瞬时属性分析方法探测LNAPL污染土壤[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(2): 491-500.
[7] 翁爱华, 李斯睿, 杨悦, 李大俊, 李建平, 李世文. 磁电法基本原理、发展现状及前景展望[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(6): 1838-1854.
[8] 娄军芳, 汤洁, 宋扬. 单室无膜微生物电解池中阴极生物膜的电活性[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(4): 1247-1254.
[9] 林家勇, 汤井田, 丁茂斌, 杨晓弘, 杨树云. 复杂地形条件下激发极化有限单元法三维数值模拟[J]. J4, 2010, 40(5): 1183-1187.
[10] 杨晓弘,何继善. 频率域激发极化法有限元数值模拟[J]. J4, 2008, 38(4): 681-0684.
[11] 韩江涛, 刘国兴, 刘伟. 由激电异常进行异常体快速定位的方法[J]. J4, 2008, 38(2): 324-0329.
[12] 张文波,魏文博,景建恩,贾正元. 利用探地雷达的极化特性检测建筑物结构[J]. J4, 2008, 38(1): 156-0160.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 张世广, 柳成志, 卢双舫, 张雁, 吴高平, 刘秋宏. 高分辨率层序地层学在河、湖、三角洲复合沉积体系的应用--以朝阳沟油田扶余油层开发区块为例[J]. J4, 2009, 39(3): 361 -368 .
[2] 李碧乐,沈鑫,陈广俊,杨延乾,李永胜. 青海东昆仑阿斯哈金矿Ⅰ号脉成矿流体地球化学特征和矿床成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2012, 42(6): 1676 -1687 .
[3] 杨晓平,李仰春,柳 震, 汪 岩,王洪杰. 黑龙江东部鸡西盆地构造层序划分与盆地动力学演化[J]. J4, 2005, 35(05): 616 -621 .
[4] 李发文, 冯平, 张超. 天津北三河地区垂向耦合产流模型及应用[J]. J4, 2011, 41(2): 459 -464 .
[5] 王立军,刘国才,黄继国,李跃迁,丛颖,沈照理,赵晓波. 接触氧化技术在公园景观水体功能恢复中的运用试验研究[J]. J4, 2006, 36(03): 458 -461 .
[6] 雷如雄,吴昌志,屈迅,顾连兴,陈刚,吾尔娜,孙洪涛,刘国宁. 中天山天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩年代学、地球化学和锆石Hf同位素-对于中天山早古生代构造演化的启示[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(5): 1540 -1552 .
[7] 初凤友,胡大千,姚杰. 中太平洋YJB海山富钴结核矿物组成与元素地球化学[J]. J4, 2007, 37(1): 8 -0014 .
[8] 周燕,郑培玺,王铁夫,张延洁. 招平断裂带上盘金矿床氢氧同位素地质特征[J]. J4, 2007, 37(4): 668 -0671 .
[9] 唐华风,王璞珺,姜传金,刘杰,张庆晨,冯有良. 松辽盆地火山岩相地震特征及其与控陷断裂的关系[J]. J4, 2007, 37(1): 73 -0078 .
[10] 范晓敏,李舟波. 裂缝性碳酸盐岩储层声波时差曲线的波动和增幅分析[J]. J4, 2007, 37(1): 168 -0173 .