射频应用 - 探地雷达

品慧电子讯随着科技的发展，射频系统在交通、医疗、防伪技术、物流、安全防护以及数据统计和管理等领域已经逐步普及。今天我们就来了解射频应用——利用探地雷达探测地下目标。

探地雷达的定义

探地雷达（GPR）是一种利用电磁脉冲能量进入地面，从地面成分及物体中产生反射的技术。然后通过软件对这些反射进行分析，并将其转化为平面图或地图投影，以便识别出地面内的物体或分析地面成分。

探地雷达早期有多种叫法．如地面探测雷达(Ground—probing Radar)、地下雷达(Sub—surface Radar)、地质雷达(Geo Radar)、脉冲雷达(Impulse Radar)、表面穿透雷达(Surface Penetrating Radar)等，都是指面向地质勘探目标、利用高频脉冲电磁探测地质目标内部结构的一种电磁波方法。探地雷达是一种非破坏性的探测及识别地下植物生命的方法，对使用者、地下植物及被观测对象都十分安全。

探地雷达的工作原理

探地雷达通常是通过短脉冲或步进频率暗传输信号，即调频(FM)。根据应用要求，可以使用探地雷达信号调制，与其他类型的雷达非常相似。调频探地雷达信号不会轻易受到系统及外部噪声的影响，但计算成本更高，需要更复杂的射频电路。

探地雷达主要由主机(主控单元)、发射机、发射天线、接收机、接收天线五部分组成。其他还可能包括定位装置(如GPS、里程计或打标器(MARK))、电源以及手推车等。

大多数探地雷达系统采用两个天线，其中一个用于传输，另一个用于接收，并在整个地形上进行物理“扫描”，但以同样的方式使用金属探测器，或以最有利于测绘/检测算法的方法。在将脉冲/信号传输到地面后，接收天线在限定探地雷达深度范围的特定时间窗口内拾取反射。然后对接收信号进行处理，并将信号与信号传播路径的时域数据组合成反射道，称为A扫描。通过这种方法，可以相对准确地确定地下物体的深度及尺寸。为了响应在A扫描中检测到的对象，可以执行B扫描来进一步测绘目标对象所包含的区域。

图片来源于网络

在给定的使用情况下，探地雷达系统的信噪比(SNR)性能可以通过采用平均或去除背景(校准)来提高。去除背景后，一个与将要被扫描的土壤成分相似但不包含埋置对象的区域将被多次扫描，以创建可以应用于未来扫描的校正，从而去除“背景噪声”或地面成分的影响。也可以使用平均值，即进行几次扫描并对样本扫描的影响取平均值。

探地雷达的应用

大多数探地雷达系统使用相对较低的频率，在数十至数百兆赫(通常最高为1兆赫)，以更好地穿透地面。探地雷达系统可以用来探测金属、塑料、混凝土、天然矿物、矿石，以及几乎任何具有与周围地面成分足够差异特征，且尺寸大到足以被探测到的物体。

建筑业

探地雷达技术通常用于建筑行业，以确定地下公用设施管线、管道及埋于地下的结构部件/碎片的确切位置。

地质研究及勘测

探地雷达还可用于分析地层或地层组成，以及用于现场分析。地质研究中也常常借助探地雷达进行，因为可以确定岩石特征及障碍物。这种技术也被用于挖掘埋藏在地下的墓穴、隧道及其他人造埋藏于地下的建筑物及物体。探地雷达还可用于探测及确定埋于地下的爆炸物，包括困扰世界许多地区的未引爆的地雷。

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