基于寬頻帶窄脈沖電磁波技術的有源探地雷達系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于寬頻帶窄脈沖電磁波技術的有源探地雷達系統。
【背景技術】
[0002]有源探地雷達系統是一種地球物理無損檢測系統，主要用于淺層目標體的探測，現已廣泛應用于地下目標體探測、城市雨水和污水管道探測，天然氣管道探測，自來水管道探測，環保排污管道探測等領域。
[0003]傳統的探地雷達的位置信息主要依靠編碼器來反應實際測量的長度，而需要人工記錄雷達測量過程中的起始和終止位置，給后期數據的整理帶來麻煩。
[0004]傳統的探地雷達探測系統的采集單元僅僅完成接收單元信號的簡單處理，由于雷達波反射回來的直達波信號的幅值較高(伏級)，而深層介質返回來的信號幅值較小(微伏級)，導致AD器件必須有較寬的電壓測量范圍和較高的分辨率，造成系統設計時，必須采購成本較高的AD器件。
[0005]傳統的探地雷達探測系統的采集單元僅僅實現反射信號簡單的模數轉換，數據的分析處理完全交由軟件來完成，導致系統軟件的工作量偏大。
[0006]傳統的探地雷達探測系統的采集裝置和顯示裝置是通過較粗電纜連接，造成測試過程中，發射裝置、接收裝置、采集裝置和顯示裝置必須一起移動，來實現這個路面地下管線的探測，十分不便。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種寬頻帶窄脈沖的有源探地雷達系統。
[0008]為了實現上述目的，本實用新型提供了一種基于寬頻帶窄脈沖電磁波技術的有源探地雷達系統，包括發射裝置、接收裝置、采集裝置和分析處理裝置；其特征在于:所述發射裝置由MARX電路和蝶形天線組成；接收裝置由碟形天線、等效采樣門電路和采樣保持電路組成；采集裝置由帶通濾波、時變放大電路、微處理器、AD電路、嵌入式板和GPS模塊組成；采集裝置與發射裝置、接受裝置通過電氣連接線連接；采集裝置與分析處理裝置交換數據；采集裝置為發射裝置和接收裝置提供時序脈沖。
[0009]在一些實施方式中，采集裝置與分析處理裝置采用有線網絡進行數據交換，或者通過無線路由器轉換后進行數據的交換。所述采集裝置中的微處理器產生的方波頻率可調節，為發射裝置和接收裝置提供時序脈沖。
[0010]在一些實施方式中，還包括吸波材料和屏蔽盒，吸波材料裝入屏蔽盒內，發射裝置的蝶形天線和采集裝置的蝶形天線并列排放在屏蔽盒的最底端。
[0011]在一些實施方式中，發射裝置的MARX電路與蝶形天線垂直放置，接收裝置的等效采樣門電路和采樣保持電路與蝶形天線垂直放置。采集裝置的MARX電路與接收裝置的等效采樣門電路和采樣保持電路分開裝入吸波材料內，中間用鋁片隔開，采集裝置的電路板固定在屏蔽盒上端，其中采集裝置與發射裝置和接受裝置通過電氣連接線連接。
[0012]MARX電路的輸入信號和采樣門電路的輸入信號為微處理器提供的同一原始信號。
[0013]在一些實施方式中，MARX電路的輸入信號和米樣門電路的輸入信號為微處理器提供的同一原始信號，通過硬件來是實現發射和接收的同步，而不需要額外編寫軟件來獲取每一段接收信號的起止。
[0014]在一些實施方式中，整個測量深度的變化通過數字電路來實現，等效采樣間距和測量深度更精確。
[0015]在一些實施方式中，發射的蝶形天線和接收的蝶形天線為同一尺寸的天線。
[0016]在一些實施方式中，通過時變放大電路來調節系統的信噪比，來降低系統對AD器件的要求。
[0017]與現有技術相比，本實用新型有源探地雷達系統，可以降低系統為了提高信噪比而增加的AD器件成本，降低系統對軟件的依賴。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型有源探地雷達系統第一實施例的結構框圖；
[0019]圖2為發射裝置發出寬頻帶窄電磁脈沖信號進入地下介質中的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本實用新型提供了一種基于寬頻帶窄脈沖電磁波技術的有源探地雷達系統，包括發射裝置、接收裝置、采集裝置和分析處理裝置；其特征在于:所述發射裝置由MARX電路和蝶形天線組成；接收裝置由碟形天線、等效采樣門電路和采樣保持電路組成；采集裝置由帶通濾波、時變放大電路、微處理器、AD電路、嵌入式板和GPS模塊組成；采集裝置與發射裝置、接受裝置通過電氣連接線連接；采集裝置與分析處理裝置交換數據；采集裝置為發射裝置和接收裝置提供時序脈沖。
[0021]圖1中為本實用新型有源探地雷達系統第一實施例的結構框圖，所述系統包括發射裝置，接收裝置，采集裝置，分析處理和顯示裝置。
[0022]如圖2所示，發射裝置發出寬頻帶窄電磁脈沖信號進入地下介質中，電磁波碰到地下存在的不同介質界面后，接收裝置接收反射回來的電磁脈沖信號，經過等效采樣處理后，轉化為頻率較低的信號，然后經過采集裝置的信號處理，轉化為數字信號，并發送到網絡控制器的緩存中，等待分析處理和顯示裝置發出上傳數據命令，PC機將接收到的數據進行處理，并顯示二維圖形。
[0023]在本新型實用的實施例中，如圖1所示，微處理器301產生占空比為50%的方波，其頻率可以根據需要調節，為發射裝置和接收裝置提供信號源。
[0024]如圖1所示，發射裝置由MARX電路202和蝶形天線201組成，微處理器301產生的方波信號經過MARX電路202后，轉換為窄脈沖高瞬時功率的高斯脈沖信號，然后通過蝶形天線201發射出去。雷達探測需要脈寬納秒級，高瞬時電壓，頻率重復性較好的高斯脈沖信號，選擇MARX電路能很好的實現這一要求。
[0025]如圖1所示，接收裝置由平衡二極管采樣門電路102、采樣保持電路103和蝶形天線101組成，微處理器301產生的方波信號經過數字延時電路302后，產生可以以等時間間距移動的對稱取樣脈沖104，然后輸入到采樣門102，蝶形天線101獲得的頻率較高的信號經過采樣門102后轉換為慢信號，最后送入到采樣保持103，此電路將頻率較高的信號轉化為頻率較低的信號，可以降低系統對AD采樣速率的要求，從而節省器件成本。
[0026]如圖1所示，采集裝置由帶通濾波303、時變放大電路304、微處理器301、AD電路305、嵌入式板306和GPS模塊308組成。帶通濾波電路303能夠很好地濾掉慢信號中存在的低頻和高頻信號，從而降低系統對軟件濾波的要求。
[0027]如圖1所示，GPS模塊提供探地雷達設備在測量過程中的地理位置信息，并與雷達設備測量的每道數據一一對應，從而避免通過人工記錄雷達設備的地理信息，降低操作人員的工作量。
[0028]如圖1所示，時變放大電路可以按照時間節點將一道有效信號分成若干段(可以根據需要設置段數)，按照時間節點內信號電壓值的大小設置不同的增益倍數。如一道有效信號中，越接近表層的數據電壓值越大，而越到深層的數據電壓值越小，傳統的方式是采用高分辨率的AD器件，來實現微弱信號的提取，而采用時變放大電路，可以將原本微弱的信號放大到一定的電壓值，從而降低系統對AD分辨率的要求。
[0029]分析處理和顯示裝置由PC機400上的軟件模塊構成，該軟件主要實現網絡底層協議，有效數據的提取和二維圖形的顯示。
[0030]以上僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型的技術特征并不局限于此。任何以本實用新型為基礎，為實現基本相同的技術效果，所作出地簡單變化、等同替換或者修飾等，皆涵蓋于本實用新型的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種基于寬頻帶窄脈沖電磁波技術的有源探地雷達系統，包括發射裝置、接收裝置、采集裝置和分析處理裝置；其特征在于:所述發射裝置由MARX電路和蝶形天線組成；接收裝置由蝶形天線、等效采樣門電路和采樣保持電路組成；采集裝置由帶通濾波、時變放大電路、微處理器、AD電路、嵌入式板和GPS模塊組成；采集裝置與發射裝置、接收裝置通過電氣連接線連接；采集裝置與分析處理裝置交換數據；采集裝置為發射裝置和接收裝置提供時序脈沖。
2.根據權利要求1所述的有源探地雷達系統，其特征在于:采集裝置與分析處理裝置采用有線網絡進行數據交換，或者通過無線路由器轉換后進行數據的交換。
3.根據權利要求1所述的有源探地雷達系統，其特征在于:所述采集裝置中的微處理器產生的方波頻率可調節，為發射裝置和接收裝置提供時序脈沖。
4.根據權利要求1所述的有源探地雷達系統，其特征在于:還包括吸波材料和屏蔽盒，吸波材料裝入屏蔽盒內，發射裝置的蝶形天線和采集裝置的蝶形天線并列排放在屏蔽盒的最底端。
5.根據權利要求1或4所述的有源探地雷達系統，其特征在于:發射裝置的MARX電路與蝶形天線垂直放置，接收裝置的等效采樣門電路和采樣保持電路與蝶形天線垂直放置。
6.根據權利要求1或4所述的有源探地雷達系統，其特征在于:采集裝置的MARX電路與接收裝置的等效采樣門電路和采樣保持電路分開裝入吸波材料內，中間用鋁片隔開，采集裝置的電路板固定在屏蔽盒上端，其中采集裝置與發射裝置和接收裝置通過電氣連接線連接。
7.根據權利要求1所述的有源探地雷達系統，其特征在于:MARX電路的輸入信號和采樣門電路的輸入信號為微處理器提供的同一原始信號。
8.根據權利要求1所述的有源探地雷達系統，其特征在于:微處理器通過控制數字延時電路來實現探測深度的控制。
9.根據權利要求1所述的有源探地雷達系統，其特征在于:發射的蝶形天線和接收的蝶形天線為同一尺寸。
10.根據權利要求1所述的有源探地雷達系統，其特征在于:GPS模塊提供探地雷達設備在測量過程中的地理位置信號，并與雷達設備測量的數據對應。
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于寬頻帶窄脈沖電磁波技術的有源探地雷達系統，包括發射裝置、接收裝置、采集裝置和分析處理裝置；其特征在于：所述發射裝置由MARX電路和蝶形天線組成；接收裝置由碟形天線、等效采樣門電路和采樣保持電路組成；采集裝置由帶通濾波、時變放大電路、微處理器、AD電路、嵌入式板和GPS模塊組成；采集裝置與發射裝置、接受裝置通過電氣連接線連接；采集裝置與分析處理裝置交換數據；采集裝置為發射裝置和接收裝置提供時序脈沖。與現有技術相比，本實用新型有源探地雷達系統，可以降低系統為了提高信噪比而增加的AD器件成本，降低系統對軟件的依賴。
【IPC分類】G01S13-88
【公開號】CN204347243
【申請號】CN201420687036
【發明人】不公告發明人
【申請人】武漢天睿正達科技有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年11月17日