[发明专利]耦合雷达

说明书

一种在吸收性物体内进行成像的方法，包括：将发射天线和接收天线放置成紧邻所述物体的表面；从所述发射天线将电磁脉冲发射到所述物体中；以及在所述发射天线发射所述脉冲的同时在所述接收天线处接收接收信号；其中，所述发射和接收包括以下步骤：a)设置接收信号强度的阈值水平；b)发射一个或多个脉冲；c)将针对所述一个或多个脉冲的所述接收信号与所述阈值水平进行比较；d)改变所述阈值水平；e)重复步骤b)、c)以及任选地d)一次或多次。由于不存在任何慢多位ADC，所以此安排可以以极高的速度运行。耦合雷达应用需要非常高的采样速率，并且如果要同时接收来自深度的强直接路径信号和更弱信号，则需要高动态范围。比较器实际上用作1位ADC将进入信号量化成两个水平。其可以高速运行并且因此提供信号处理所需的时间分辨率。所述比较阈值是可调整的，即，所述量化水平是可调整的。这提供了使耦合雷达应用成为可能的高动态范围。

技术领域

本发明涉及用于耦合雷达的方法和设备。具体地，本发明涉及可以在短距离内使用的耦合雷达。

背景技术

许多材料强烈地吸收射频(RF)电磁(EM)辐射。此类材料可以被称为强吸收性材料。当雷达用于此类材料时，大多数入射能量被背向散射并且仅少量的辐射穿透材料。进入材料的波通常也会迅速被减弱。材料的此性质对传统雷达使用(如飞机探察以及监测) 有重大影响，因为其使强吸收性材料(如金属)将RF波反射回雷达单元，在所述雷达单元处，所述强吸收性材料可以被检测到。

由于此原因，限制了吸收性材料内的雷达成像。用于远处的吸收性材料物体的EM波将在空气-材料边界处被强烈反射。不足的能量穿透材料以产生从物体的内部可检测的反射信号，所述可检测的反射信号可以披露关于物体的内部的信息。通常，约75％或更多的入射能量在表面处被反射。

为了避免反射问题，可以将EM源天线和接收天线放置成靠近吸收性材料表面。当天线与材料表面之间的距离小于四分之一波长时，发生RF耦合，来自空气-物体边界的反射大大降低，并且根据耦合材料的导电性，进入吸收性材料的发射增强。

针对高导电(高损耗)材料，可能有必要插入具有类似介电(介电常数)性质的低损耗(低导电性)材料层，从而避免无功近场中的能量损耗。此层可以粘接到天线上，但还可以应用其他安排。针对间隔层的最佳位置，固定在天线上通常是最好的。可以使用固体和柔软件(例如，流体填充袋)两者。

此效应用于探地雷达(GPR)中以对深层地下进行成像(例如用于地质勘测、考古调查、埋藏的给水管/管道的识别等)。

大多数雷达系统在近距离处遭受问题。对于更远距离的雷达检测系统来说，这通常不是问题，但对于耦合雷达实现来说，近距离变得更受关注。由于存在从发射天线沿着吸收性介质的表面到接收天线的强直接路径，所以范围被限制在离天线的最小距离。由于通常调整接收电路以检测来自深度的弱背向散射信号(并且动态范围不能足够大到一次检测弱和强背向散射信号两者)，所以此强直接路径信号使接收电路饱和，从而防止其他信号检测。一旦饱和，接收电路就需要时间回到正常检测状态。因此，来自较浅深度的反射是不可检测的。此问题的正常解决方案是简单地关闭接收电路直到发射电路完成了发射。当完成发射时，开启接收电路。一旦接收电路启动并且运行，就可以开始对反射波的检测。这针对传统雷达建模中的检测设置了最小距离。

根据雷达架构和应用，受限的短距离性质可能不是问题。然而，由于外露材料的导电性质，所以多个近距离雷达应用受到强电磁吸收的限制。增加在吸收性材料内的距离将使信号减弱，因此防止感测和成像两者，而由于发射干扰背向散射信号，所以短距离检测是不可能的。因此，有用范围在两端处被压缩。因此，必须非常小心以使信号损失最小化并且实现高灵敏度。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了在吸收性物体内进行成像的方法，包括：

将发射天线和接收天线放置成紧邻所述物体的表面；

从所述发射天线将电磁脉冲发射到所述物体中；以及