淺談相控陣探地雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

雖然探地雷達(dá)在水文、工程、環(huán)境等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，但由于許多基本的理論和技術(shù)問(wèn)題至今未得到根本解決，因而探地雷達(dá)的真正優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有得到充分的發(fā)揮。

探地雷達(dá)技術(shù)當(dāng)前存在的主要問(wèn)題包括：

1）探測(cè)深度淺，探測(cè)深度和分辨率的矛盾無(wú)法克服，加大探測(cè)深度意味著犧牲探測(cè)分辨率；

2）多次波及其它雜波干擾嚴(yán)重，且一直沒(méi)有好的消除辦法，國(guó)內(nèi)外的雷達(dá)均存在這一嚴(yán)重問(wèn)題；

3）介質(zhì)不均勻影響很大，且無(wú)法消除，導(dǎo)致難以獲得必要的速度資料；

4）單發(fā)單收的數(shù)據(jù)采集方式能夠提供給后期處理和解釋的信息量有限。

以上幾個(gè)問(wèn)題對(duì)探地雷達(dá)來(lái)說(shuō)是致命性的缺陷。盡管眾多地球物理學(xué)家、電磁學(xué)專(zhuān)家和物探工作者對(duì)雷達(dá)的天線設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、地下目標(biāo)成像等方面做了大量的研究和改進(jìn)，但這些工作只是對(duì)現(xiàn)有探地雷達(dá)體制進(jìn)行的局部的修正，要想探地雷達(dá)技術(shù)向前發(fā)展，必須更新思路，從根本原理上解決問(wèn)題。

針對(duì)這一狀況，專(zhuān)家于1999年提出研制一套新型的探地雷達(dá)系統(tǒng)——相控陣探地雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。

其基本研究思路是利用目前軍事上較成熟的相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，將目前的單極子雷達(dá)天線代之以相控陣?yán)走_(dá)天線，其目的旨在通過(guò)相控陣技術(shù)將電磁波聚成一個(gè)窄波束向地下（或探測(cè)對(duì)象）發(fā)射，采用多通道采集技術(shù)接收目標(biāo)體反射的雷達(dá)回波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理最終給出探測(cè)對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖像。

探地雷達(dá)技術(shù)發(fā)展展望

值得指出的是，目前市場(chǎng)上已有類(lèi)似產(chǎn)品出現(xiàn)，如某公司的RIS天線陣系列，但這些產(chǎn)品只是將多個(gè)單極子天線簡(jiǎn)單地組合成陣列天線，與相控陣探地雷達(dá)思想有本質(zhì)的區(qū)別。

由于相控陣?yán)走_(dá)通過(guò)對(duì)各通道相位延時(shí)的控制將電磁波會(huì)聚成一個(gè)窄束，因而能量集中，波前擴(kuò)散小，因此，在相同頻率和發(fā)射功率條件下相控陣?yán)走_(dá)的探測(cè)深度要大得多；反言之，在同一探測(cè)深度條件下，相控陣?yán)走_(dá)可以把發(fā)射功率提高，因而其分辨率比現(xiàn)有雷達(dá)要高得多。此外，由于將球面波發(fā)射改為波束發(fā)射，介質(zhì)不均勻影響要小得多。

其次，相控陣?yán)走_(dá)工作屬于連續(xù)掃描方式，可以多方向掃描，因而信息量較之現(xiàn)有探地雷達(dá)要大得多，對(duì)有些特殊探測(cè)工作，如堤防防滲墻質(zhì)量檢測(cè)等，其作用是現(xiàn)有探地雷達(dá)無(wú)法相比的（單極子天線雷達(dá)根本無(wú)法檢測(cè)堤防防滲墻的接縫、開(kāi)叉等缺陷）。

由于相控陣?yán)走_(dá)是多通道接收信號(hào)，可以進(jìn)行多道疊加，如同反射地震勘探的多次覆蓋技術(shù)。因此，多次波干擾可極大地消除，這是現(xiàn)有雷達(dá)難以做到的。高頻（600MHz-1GHz）相控陣探地雷達(dá)的天線可以做得較小，在淺層探測(cè)時(shí)，其優(yōu)越性也是現(xiàn)有探地雷達(dá)無(wú)法比擬的。

目前這套系統(tǒng)樣機(jī)已經(jīng)完成，采用中心頻率為900MHz的無(wú)載波脈沖工作體制，發(fā)射和接收天線分離，16（4×4）發(fā)射通道形成波束聚集、掃描16（4×4）通道接收回波，可選掃描角度為-36°、-24°、-12°、0°、12°、24°、36°七個(gè)方向。

系統(tǒng)的軟件部份具有豐富的數(shù)據(jù)處理功能，主要的常規(guī)處理有濾波、增益調(diào)整、靜動(dòng)校正、反褶積、復(fù)信號(hào)分析、時(shí)頻分析等，多通道數(shù)據(jù)處理如速度分析、疊加技術(shù)、相干分析技術(shù)、陣列信號(hào)處理等。及各種雜波干擾下弱信號(hào)的提取、目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別和反演解釋等。并在宜昌三峽大壩對(duì)混凝土檢測(cè)做了大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相控陣?yán)走_(dá)的聚束掃描功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，穿透深度大于1.5m且分辨率高于普通雷達(dá)。
編輯：hfy