用探地雷达技术探测堤坝的隐患

探地雷达技术是根据电磁波在不同介质中传播特性不同的原理工作的,具有快捷、无损、连续测量和经济等优点,是目前病险库调查、坝体及截渗体隐患探测的良好手段。文章结合水库大坝隐患的探地雷达探测实例,介绍了用探地雷达技术探测涵洞形状及埋深、跌窝形态及发展趋势、截渗体形态及完整性的方法和成果,提出了土坝中电磁波波速的取值范围及选用天线的频率与探测深度、分辨率的相互关系,并揭示了土坝中不同隐患的雷达波特征。     

基于GPRSIM的道路地下病害体探地雷达正演模拟研究

探地雷达因其便捷、高效、无损的优势目前被广泛应用于道路地下病害体探测任务中,但雷达图像识别又缺少统一的解释标准,所以亟需为病害体探测提供判别依据。因GPRSIM探地雷达正演软件可自定义模型形状、天线频率大小及正演速度快等优点,所以研究基于GPRSIM设计了不同填充类型、形状、规模、埋深、天线中心频率的道路路基空洞病害模型进行正演模拟研究,并分析总结病害雷达特征。其结果对雷达图像的解译具有重要的指导作用,同时,也为病害体识别提供了客观的理论依据。     

探地雷达在探测地下管线中的应用研究

根据探地雷达的探测原理及技术参数影响因素,以工作实例,介绍如何根据管径、埋深确定天线频率、天线距、采样点距、时窗等探地雷达技术参数;并选择已知埋深的管线,对波速进行实地测定,以便在探地雷达剖面上对目标体的埋深作出精确解释。     

基于探地雷达的公路质量检测技术初探

探地雷达是一种通过发射和接收高频率、短脉冲电磁波,并根据接收到的电磁波的振幅、波形和频率等特征来分析和推断地下介质结构、地层岩性特征的浅层地球物理探测技术。本文笔者研究了探地雷达技术在高等级沥青公路质量检测,明确了路用探地雷达技术的先进性。     

基于探地雷达的水库坝基渗漏正演模拟

水库坝基渗水将带来溃堤的风险,造成水资源浪费及生命财产的损失,针对现有技术无法确定坝体渗水洞坐标的实际情况,提出采用探地雷达对坝体进行日常检测。利用时域有限差分法(FDTD)对在二维空间进行FDTD按照Yee氏网格离散处理的原理,得到其电磁分布方程,基于水库坝基的实际构造,建立了空气层、混凝土层、黏土层及两个渗水洞的理想模型,并依据理想模型建立了带有石灰岩干扰点的混凝土层干扰模型。利用MATLAB实现系统架构,并进行正演模拟。结果显示:探地雷达可以用于较深目标体探测,通过改变探地雷达电磁波中心频率,并对比50,100和200MHz三种频率雷达电磁波的检测频谱,又对带干扰模型进行了模拟,验证了100MHz频率雷达电磁波,用于复杂地形的检测效果更优。     

基于探地雷达的复垦土壤层次无损探测研究

耕地资源紧是中国面临的现实问题,土地复垦作为补充耕地的重要手段之一,复垦后耕地的表土层厚度直接影响工程质量,特别是薄表土地区覆土厚度检查是关键.传统的检验方法费时费力.针对上述问题,选择微波遥测仪器--探地雷达为工具进行了土层结构无损探测的室外模型实验.构建模型自下而上依次为原状土(40 cm)、粗砂(25 cm)、土(15 cm)和细砂130 cm),中心天线频率为500 MHz,测量方法为共剖面法.通过对雷达图像分析,各层介质探测差值小于5 cm,表明探地雷达能够有效探测土层结构,可以用于土地复垦工程土层厚度的验收工作;同时,尝试对实验的时间-振幅和频率-振幅进行分析,通过时间-振幅图可以看出,振幅在0.95、7.15、9.93、15.7和17.50 ns附近发生了5次明显变化,能够更加直观地解译雷达信号;通过频率-振幅图可以看出,在频率达到470.10 MHz时,振幅最大为1 821,电磁波最有效,可为探地雷达设备选择提供理论支持.     

基于天线收发距的盾构壁后注浆雷达探测试验研究

为提高地质雷达在盾构管片壁后注浆探测的准确性,建立全尺寸盾构管片环试验平台,采用聚氯乙烯管模拟盾构管片壁后注浆空洞缺陷;通过电磁波理论分析计算和试验平台雷达探测效果验证,在选择合适的中心频率天线的基础上,采用一种简易可行的增设天线垫块方式优化天线收发距。研究结果表明:不同含钢量管片的电性参数差异不大,但不同凝结时间的注浆层浆液与管片、围岩的电性参数(相对介电常数、电磁波波速等)存在一定的差异;管片钢筋网多次反射信号与注浆层反射信号重叠是造成地质雷达信号难以判译的主要原因;天线收发距参数优化方法能有效提高电磁波的一次辐射场强而压制多次反射场强,从而提高注浆层反射波信号分辨率。     

非金属管道的电磁波反射频率特性研究

探地雷达(ground penetrating radar,GPR)对非金属管道进行探测识别时,填埋在不同介质中的非金属管道雷达回波频率并不固定。为深入研究非金属管道的电磁波反射规律,文章建立了时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)正演模型,对不同埋深、不同填埋介质及不同入射波中心频率的情况进行正演计算,得出非金属管道在不同填埋介质中的探地雷达回波频率分布规律;进一步通过理论分析,得出回波频率中心变化的原因是由于管顶及管底电磁反射波相位发生了变化,并且不同中心频率的入射波会激发对应的回波频率。     

压制干扰条件下雷达探测区域研究

在研究雷达天线方向图模型的基础上,推导出无干扰、SSJ(self screening jamming,自卫式干扰)、单SOJ(stand-off jammer,远距离支援干扰)、多SOJ情况下常规雷达、频率捷变雷达的最大探测距离计算公式,针对不同情况给出不同的计算机仿真方法,可有效地对雷达在干扰条件下进行效能评估.利用该方法对多种情况下的雷达探测区域进行仿真,得到雷达探测区域分布图和盲区系数,对仿真结果进行分析,得到如下结论:SSJ条件下雷达探测区域减小严重,基本无法正常探测,但形状规则;SOJ条件下雷达探测区域不规则,在干扰方向上探测距离减小显著,在其他方向上仍可达到较大的探测距离,频率捷变雷达可有效对抗压制性干扰.由多干扰条件下雷达探测区域的研究和仿真可见,干扰布局不同盲区系数差别明显.     

隧道地质超前预报探地雷达脉冲源的设计

为解决探地雷达用于隧道地质超前预报时探测距离小的问题,在分析了雪崩三极管工作原理的基础上,设计了基于两级雪崩三极管串行级联的窄脉冲产生电路.该电路利用雪崩三极管作为电路的核心器件产生的窄脉冲,可满足探地雷达对发射脉冲大幅度、近似高斯单周波的要求.实验结果表明,脉冲源在50 Ω负载下,能生成幅度256 V、3 dB带宽可匹配中心频率为100 MHz的探地雷达超宽带天线、重复频率可达100 kHz的窄脉冲信号,具有硬件简单,性能稳定等优点,可作为探地雷达进行隧道地质超前预报时的发射信号源,实现大深度探测.     

砷化镓太赫兹光导天线的制备及性能研究

用半绝缘砷化镓(SI-GaAs)材料制备了太赫兹(THz)光导天线和天线阵列,其电极间隙分别为50μm、100μm、150μm。用THz时域光谱系统(THz-Time domain system)测试和比较了三种不同电极间隙天线的THz辐射性能,研究了电极间隙的大小对光导天线辐射THz性能影响。实验表明相同衬底材料、几何结构和制作工艺的天线,辐射出的THz电磁波的频谱基本相同,与电极间隙无关;光导天线THz电磁波远场辐射强度与外加偏置电场和天线的有效辐射面积成正比。光导天线阵列在相同的偏置电场以及相同激光光源的情况下比常规光导天线有更强的辐射THz波的能力。     

低副瓣膜片加载方形棱锥喇叭天线设计

为了降低方形棱锥喇叭天线的E面方向图副瓣电平,该文对具有相同外形尺寸、不同加载方式的方形棱锥喇叭天线进行建模分析.采用基于有限元法的电磁软件,对传统无加载、金属四脊加载、金属膜片非周期阵列对称加载三种方形棱锥喇叭天线的回波损耗、方向图及隔离度仿真特性进行比较分析.研制了中心频率为12 GHz的膜片阵列加载方形棱锥喇叭天线,该天线在10～14 GHz频带上的方向性系数大于14 dB,E面方向图第一副瓣电平比主瓣低17 dB以上,双正交线极化隔离度及工作主模与其它模式的模式隔离度均高于40 dB.仿真和实测结果证明了膜片加载方法对于改善方形棱锥喇叭天线副瓣电平特性的有效性.     

应用低频微波波段GPR测量土壤结构

结合在内蒙古包头地区和上海崇明岛地区的实验站点开展的实验工作,尝试性地提出了探地雷达用于刻画农田土壤剖面层位结构的方法.按照该方法在对探地雷达数据进行处理和分析之后,得到了沿测线的土壤结构细化剖面图,并与开挖剖面对比,结果吻合良好,表明采用探地雷达可以有效地探测土壤层位结构.     

一种强互耦阵列天线的校正方法

Vivaldi天线因具备优异的宽带扫描性能,被广泛应用于雷达、无线通信、测向系统等领域.由于Vivaldi天线单元组阵后存在强电磁耦合作用,使阵列方向图失真引起波束指向偏差,影响测角精度.针对相控阵天线单元间由于互耦引起阵列方向图失真,导致阵列天线波束指向产生偏差这一问题,提出了一种基于最小二乘互耦矩阵的相位校准方法对波束指向进行校正,最后采用了一组X波段的16单元Vivaldi阵列天线进行仿真实验.仿真实验结果表明,针对Vivaldi天线阵列在强互耦情况下波束指向存在偏差这一问题,该校正方法可以对该阵列天线波束指向偏差进行有效校正,为工程应用奠定了理论基础.     

Ku波段小型DBS径向线缝隙天线的分析

径向线缝隙天线（简称ＲＬＳＡ）是Ｋｕ波段卫星直播电视（ＤＢＳ）地面接收天线,ＲＬＳＡ天线的高增益、高效率、小口径、厚度薄的平板型紧凑式结构,代表了ＤＢＳ地面接收天线的发展趋势。本文论述了ＲＬＳＡ天线的结构特点,技术进展,并对口面场分布进行了分析。     

深空探测对我国地面测控站升级的需求?

我国近年建成的深空测控网可以对未来的火星探测任务和其他深空探测任务实现自主测量和控制,并且同时具备对深空探测器的微波测速测距和VLBI测量能力.遥远深空探测任务加大了微波信号在星-地链路之间的往返传输时间,改变了测控链路信号的上、下行路线几何构型,导致同一个天线系统难以对探测器同步完成上、下行链路的业务,是对目前地面测控通信能力的挑战.本文以典型的火星探测为例,分析了深空探测器的微波闭环跟踪测控对我国深空测控系统单站设备的升级需求,并对深空站相应的改造提出了建议:1)单站单一天线上、下行时分交替测控模式;2)利用设置了单一天线的多个深空测控站协同三程开环链路测控,实现对探测器的控制和遥测;3)采用DSN/JPL/NASA的方案,在每个深空测控站配置多套天线系统,全部天线共用台站时频资源实现单站闭环上、下行实时连续测控.     

可重构的硅基等离子体通道的辐射性能研究

表面PIN二极管导通时可以形成固态硅基等离子体通道,这种通道具有类金属性并能够传递电磁波.当由上述通道单元耦合形成特定的结构时,它将对外辐射电磁波信号.本文简要阐述了此种通道的形成机理,通过软件设计并导通表面PIN二极管阵列上不同单元,构造形成单极、双频、八木天线等结构.期望通过以上不同结构实现对硅基等离子体通道辐射性能的研究.仿真结果表明,利用动态调控表面PIN二极管阵列的方法,硅基等离子体通道能够实现对电磁波的辐射,并能改变辐射频率、多频段的调节及辐射方向图的动态可重构等.因此,硅基等离子体阵列天线具有可重构、智能化、隐身等诸多优点.这些系统的理论研究进一步促进了人们对硅基固体等离子通道的理解,为此类天线的设计和加工提供理论指导.     

快速运动物体的分布式多天线阅读器定位系统

 射频识别技术被广泛应用到室内定位领域。现有的利用射频识别技术的定位系统有很多缺陷,在定位精度、效率、可靠性、成本等方面存在诸多问题。分布式多天线阵列阅读器定位系统可根据各接收天线检测的信号强度、相位差等信息实现快速精确定位。引入本地标识概念可简化标签识别过程,以实现对目标标签的高速识别定位,满足对快速运动物体识别的支持。与传统定位方法相比,引入本地标识的多天线阵列阅读器定位系统在定位速度、定位精度和抗干扰能力上都具有突出的优势。     

路面材料介电常数非均匀模型雷达电磁波模拟

针对实际路面材料颗粒的随机分布特点以及离散颗粒对电磁波的散射事实,建立了半空间路面雷达电磁波一维时域有限差分(1D-FDTD)方程,实现了沥青路面材料均匀和非均匀介电常数两种模型的空气耦合天线雷达电磁波正演模拟,并对以上两种模拟波与实测波形进行了对比分析.结果表明:路面材料的非均匀介电常数模型更加符合工程实际,为路面雷达进一步精确检测厚度及其他应用提供了新的方法.     

基于改进空气介质及钢筋埋深度测试法地质雷达自校方法

随着地质雷达在工程中的广泛运用,物探结果逐渐由定性分析向定量分析转变,因此地质雷达准确的测量精度就显得尤为重要。为了探寻简单、可操作的校核方法,在已有的规范基础上,通过改进空气介质法、钢筋埋深深度测试法,对不同分辨率的地质雷达天线进行了校准检定工作。研究结果表明,设计的两种评定方法测得的地质雷达示值误差及变异系数在规定的误差范围内,可见该两种方法满足地质雷达的校核精度要求,且方法简单科学,便于操作人员进行地质雷达校核工作。