全极化探地雷达采集系统及校准技术初探

论文摘要

探地雷达是一种高效的浅层地球物理探测技术,具有携带便捷、操作简单、抗干扰、场地适应能力强和探测分辨率高等优点,被广泛的应用于诸多领域,但该技术还是存在很多的不足,如探测深度浅、多次波及其它杂波干扰严重、脉冲雷达信号不稳定、天线之间存在耦合、地表杂波严重、信噪比低等。极化是雷达目标散射信号中重要的信息,在抗有源干扰和杂波干扰、目标信号滤波和增强、目标检测和识别(表面粗糙度,对称性,取向)中有着巨大的潜力。针对探地雷达目前在实际探测中存在的不足,本论文将极化技术应用于探地雷达探测中,构建全极化探地雷达采集系统,增强雷达对目标体的检测和识别能力。并对系统的极化校准技术进行了初步的研究和探索。本论文主要做了以下方面的研究:(1)基于时域有限差分方法(FDTD),采用不同极化方式下的天线组合,进行全极化探地雷达正演模拟,获得典型目标体不同旋转角度下的极化特征响应;(2)将极化技术与探地雷达测量结合,构建全极化探地雷达采集系统,并对系统中的重要部件天线的基本性能进行了测试;(3)利用所构建的全极化探地雷达采集系统对典型目标体在不同旋转角度下的极化特征进行了测量,发现其测量值与理论值之间存在偏差,本文以二面直角反射体作为校准的定标体,利用目标极化散射矩阵及雷达散射截面进行计算,确定系统的极化校准系数,并对典型目标体进行极化校准。通过系统校准的研究,我们可以利用校准系数及校准公式,实现对任意目标体的极化校准。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.2 探地雷达的发展
• 1.2.1 探地雷达原理
• 1.2.2 探地雷达的发展
• 1.3 极化雷达的研究现状
• 1.3.1 雷达极化学的发展
• 1.3.2 极化雷达的国内外发展现状
• 1.3.3 极化探地雷达的发展现状
• 1.4 研究内容
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 论文结构
• 1.5 本文创新点
• 第2章 全极化探地雷达正演模拟
• 2.1 全极化探地雷达正演模拟方法
• 2.1.1 麦克斯韦旋度方程
• 2.1.2 Yee元胞
• 2.2 正演模型及参数设定
• 2.3 全极化探地雷达正演模拟
• 2.3.1 平面反射体极化特征
• 2.3.2 二面直角反射体极化特征
• 2.3.3 三面直角反射体极化特征
• 2.4 小结
• 第3章 全极化探地雷达采集系统
• 3.1 全极化探地雷达采集系统
• 3.1.1 系统硬件构成
• 3.1.2 系统硬件功能描述
• 3.2 极化天线
• 3.2.1 回波损耗、驻波比
• 3.2.2 传输函数
• 3.2.3 方向图
• 3.2.4 极化性能
• 3.3 系统软件设计
• 3.3.1 系统运行模式
• 3.3.2 系统控制的软件设计
• 3.4 小结
• 第4章 全极化探地雷达采集系统极化校准
• 4.1 散射矩阵及雷达散射截面
• 4.1.1 极化散射矩阵
• 4.1.2 雷达散射截面
• 4.1.3 雷达散射矩阵与雷达散射截面
• 4.2 典型目标体的极化特征
• 4.2.1 典型目标体极化特征
• 4.2.2 典型目标体不同角度下的极化特征
• 4.3 全极化探地雷达采集系统校准
• 4.3.1 二面直角反射体的雷达散射截面
• 4.3.2 极化校准
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 论文存在的不足及建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 致谢
• 摘要
• Abstract