[发明专利]混合极化双通道探地雷达系统

说明书

技术领域

本发明涉及探地雷达，尤其是涉及一种混合极化双通道探地雷达系统。

背景技术

在近地表探测领域内，探地雷达的应用十分广泛，然而，地下介质复杂多变，电磁波在其中衰减速度快，地表杂波噪音和地下杂波干扰严重，使得地下目标的探测、成像和属性提取变得困难。

由于来自地下或者墙体内部线性目标的反射信号对收发天线的极化方向存在很强的依赖性，通过采集不同收发极化组合反射信号的极化探地雷达可以获得更丰富的目标信息，不仅大大提高了探地雷达系统的探测能力，而且可以获取不同极化通道中目标反射信号的相对振幅和相位等信息分析目标的散射特性，提高对目标相关属性的提取能力。

传统商业探地雷达系统由于采用相同的线性极化偶极子天线及其改进类型天线作为收发天线，一般只能发射和采集单个极化方向的电磁波回波信号，所含信息量相对匮乏，难以满足对地下目标，尤其是线性目标进行成像和属性反演时对回波信号极化信息量的需求。同时，受偶极子天线相对带宽的限制，分辨率较低。

目前，极化探地雷达可通过单极化模式、双极化模式和全极化模式三种模式来实现。单极化模式采用收发分置的商业探地雷达系统，通过改变天线极化方向的布置重复采集不同极化组合的数据可合成极化探地雷达数据，但是由于这种模式采集时间长、天线定位误差大，造成不同极化信号的相干性差，无法精确地提取目标的极化散射信息。

双极化模式可采用两套探地雷达系统,按照不同天线极化方向布置来实现，尽管可节约数据采集时间，但成倍增加了系统的成本，也无法保证所采集的不同极化模式信号的相干性。

全极化模式需要两个雷达发射机在转换开关的控制下交替通过两个发射天线发射水平和垂直两个正交极化方向的电磁脉冲信号，并分别用水平和垂直两种极化方向的接收天线接收回波信号。但全极化工作模式大大增加了系统的复杂性和研制成本，制约了其扫描速度和工作效率，同时也很难保证所采集的不同极化模式回波信号的相关性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合极化双通道探地雷达系统。

本发明设有双通道矢量网络分析仪、混合极化天线阵列、计算机；

所述双通道矢量网络分析仪与混合极化天线阵列通过同轴传输线连接，计算机通过GBIP数据线与双通道矢量网络分析仪连接并控制双通道矢量网络分析仪收发雷达信号并传输数据；

所述双通道矢量网络分析仪设有雷达主机、发射机、第1接收机、第2接收机，计算机通过GBIP数据线与雷达主机连接；所述混合极化天线阵列设有圆极化平面螺旋发射天线、第1线性极化接收天线、第2线性极化接收天线，圆极化平面螺旋发射天线与发射机的发射信号输出端连接，第1线性极化接收天线与第1接收机的接收信号输入端连接，第2线性极化接收天线与第2接收机的接收信号输入端连接；第1线性极化接收天线与第2线性极化接收天线互相垂直，圆极化平面螺旋发射天线、第1线性极化接收天线和第2线性极化接收天线的主轴方向互相平行，视在相位中心位于同一水平面上并成等腰直角三角形，即第1线性极化接收天线和第2线性极化接收天线的孔径中心到圆极化平面螺旋发射天线中心的距离相等。

所述圆极化平面螺旋发射天线可采用圆极化平面右手螺旋发射天线。

所述第1线性极化接收天线和第2线性极化接收天线可采用线性极化Vivaldi接收天线。

本发明在已有超宽带探地雷达天线基础上，通过优化设计构造一个超宽带混合极化双通道探地雷达天线阵列。该天线阵列由作为发射信号的一个圆极化螺旋天线及作为接收信号的两个相互垂直的线性极化Vivaldi天线构成。天线的相对布置位置是：三个天线的主轴方向互相平行，其视在相位中心在同一个水平面上，并成等腰直角三角形，即两个接收天线孔径中心到平面螺旋发射天线中心的距离相等。

平面螺旋发射天线辐射的圆极化电磁波可以分解为两个相互正交的线性极化电磁波，在理想情况下其振幅相等，相位相差90度。该天线阵列中两个线性极化Vivaldi接收天线可同时接收两个相互垂直极化方向的电磁回波信号，保证了其相干性。

本发明为了克服单极化和全极化模式的缺点,采用混合简缩极化模式。该模式作为一种特殊的双极化模式，是双极化模式与全极化模式的折中，即通过发射圆极化波，同时接收水平和垂直的线性极化回波。

与单极化和传统双极化模式相比，本发明采用的混合简缩极化模式应用不同极化类型的收发天线，能够采集更丰富的回波信号。