雷达原理与应用论文选题方向要求
地质雷达在水利工程质量检测中的应用1 前言 地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域,取得了显著的探测效果和社会经济效益,并在工程实践中不断完善和提高,必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。而地质雷达技术用于堤防隐患的探测尚属初步阶段,通过广大物探技术人员的共同努力,达到了解和掌握不同隐患类型在雷达图像上的反映特征,在不断总结探测经验的基础上,提高异常的判断能力和精度,较确切地推定堤防工程隐患的性质和位置,以便指导有关管理单位加强堤防工程重点部位的维护和防范,提高和巩固堤防工程的运行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程护砌质量检测为实例,说明地质雷达技术在堤防工程探测中的应用情况,以此与同行进行切磋,推动堤防工程探测技术的发展,不妥之处,敬请批评指正。2 基本原理地质雷达与探空雷达相似,利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式,由地面通过发射天线(T)向地下发射,当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射,并返回地面,被放置在地表的接收天线(R)接收,并由主机记录下来,形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时,其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此,根据接收到的电磁波特征,既波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等,通过雷达图像的处理和分析,可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。雷达波(电磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。实际观测时,由于发射天线与接收天线的距离很近,所以其电磁场方向通常垂直于入射平面,并近似看作法向入射,反射脉冲信号的强度,与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关,主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数,对于以位移电流为主的介质,既大多数岩石介质属非磁性、非导电介质,常常满足σ/ωε<<1,于是衰减系数(β)的近似值为:既衰减系数与电导率(σ)及磁导率(μ)的平方根成正比,与介电常数(ε)的平方根成反比。而界面的反射系数为:式中Z为波阻抗,其表达式为:显然,电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。由此可见,电磁波的频率(ω=2πf)越高,波阻抗越大。对于雷达波常用频率范围(25~1000MHz),一般认为σ<<ωε,因而反射系数r可简写成:上式表明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H:式中:t为目的层雷达波的反射时间;c为雷达波在真空中的传播速度(3m/ns);εr为目的层以上介质相对介电常数均值。3 工程概况北京市界内永定河左、右堤防于清朝乾隆年间修筑,后经数次维修和加固形成现有规模,主体为梯形,顶宽约10m,可见堤高约5~6m,堤内坡坡度为1:5~1:0,外坡相对较缓为1: 0~1: 5。堤身为人工堆积,主要由粉细砂(中下游段)、卵砾石(上游段)组成。介质构成复杂多变,分布不均,且处于包气带中,极为干燥。堤基为第四系全新统地层,岩性以粉细砂为主,下游段出现黑色淤泥质粘土夹层,层厚约7~0m。地下水位埋深(自地表计):卢沟桥附近约0m,至下游逐渐变浅,达省/市界附近(石佛寺)一带约0m。永定河卢沟桥下游至省/市界左、右堤防共划定险工段12处23段,分布在左堤约60Km和右堤约30Km范围内,其险工段内坡为浆砌石(厚约40cm——原设计标准)结合铅丝石笼构成的护砌,并于1964~1989年间营建,浆砌石护坡除可见堤身部分露出外,其余部分与铅丝石笼水平护底均埋于河滩滩地以下,一般为0~0m,外铺0m的铅丝石笼护底。这些险工段在历史上均有决口或抢险加固的记载。为满足北京市对永定河防洪设计的需要,保证该堤防渡汛万无一失,故进行地球物理勘探工作,以检测堤防工程的护砌质量,便于99年6月份之前进行加固处理。4 测试技术及资料处理为判断险工段堤内坡护险浆砌石质量的优劣,沿内坡坡脚布置一条雷达探测剖面,并按其走向连续测试。外业施测使用瑞典MALA地质仪器有限公司生产的RAMAC/GPR地质雷达系统,天线的中心频率为250MHz,收发天线的间距为6m。实测采用剖面法,且收发天线方向与测线方向平行。记录点距为2m,采样频率为3893MHz,单一记录迹线的采样点数为512,迭加次数为16,记录时窗为180ns,若取堤身土体的雷达波速为08~10m/ns,表层浆砌石的雷达波速为10~12m/ns,综合考虑该地层剖面特征,选取雷达波速中值为10m/ns,则此时该雷达系统的最小纵向分辨率为8~10cm。雷达资料的数据处理与地震反射法勘探数据处理基本相同,主要有:①滤波及时频变换处理;②自动时变增益或控制增益处理;③多次重复测量平均处理;④速度分析及雷达合成处理等,旨在优化数据资料,突出目的体、最大限度地减少外界干扰,为进一步解释提供清晰可辨的图像。处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图相似,可依据该图进行地质解释。5 成果分析地质雷达资料的地质解释是地质雷达探测的目的。由数据处理后的雷达图像,全面客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等),尤其是反射波的波形及强度特征,通过同相轴的追踪,确定波组的地质意义,构制地质——地球物理解释模型,依据剖面解释获得整个测区的最终成果图。地质雷达资料反映的是地下地层的电磁特性(介电常数及电导率)的分布情况,要把地下介质的电磁特性分布转化为地质分布,必须把地质、钻探、地质雷达这三个方面的资料有机结合起来,建立测区的地质——地球物理模型,才能获得正确的地下地质结构模式。雷达资料的地质解释步骤一般为:⑴ 反射层拾取根据勘探孔与雷达图像的对比分析,建立各种地层的反射波组特征,而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。⑵ 时间剖面的解释在充分掌握区域地质资料,了解测区所处的地质结构背景的基础上,研究重要波组的特征及其相互关系,掌握重要波组的地质结构特征,其中要重点研究特征波的同相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等),解释同相轴不连续带的原因等。下部架空时的图像,该剖面第三反射同相轴自剖面点4m处断开,形成“背斜”状的强反射层,此现象延续到剖面点8m处,此段浆砌石与下部土体分离导致架空,其范围与已知情况吻合。 通过雷达测试成果的地质解释共圈定出73处浆砌石存在不同程度的隐患或质量较差,这些隐患的类型一般为:①浆砌石厚度较薄;②浆砌石与下部土体分离形成架空;③浆砌石胶结不良或松散;④浆砌石出现裂缝等不良现象。 护砌整体质量较差的堤段多为年久失修严重,浆砌石与下部堤身土体接触差,多形成架(悬)空状态,造成护砌断裂、塌陷等不良现象较普遍,且多具一定规模。而造成上述现象存在的原因,笔者分析后认为浆砌石面存在许多缝隙,且砂浆质量差、少浆,下部又无防渗护层,堤身土体多由粉细砂组成,经降水入渗,粉细砂局部被冲刷淘失,在砌石与堤身土体之间形成空洞,并有继续扩大发展之趋势。该物探成果经开挖验证(见图4——开挖照片),完全符合客观实际,受到了甲方的赞誉。6 结语地质雷达以其高效快速、高精度在护险工程探测中能够发挥重要作用,取得了良好的应用效果,且对浅层或超浅层的工程探测中有着十分广阔的应用前景,然而地质雷达的探测深度和精度与所采用的天线频率有很大关系,天线的频率越低探测深度越大,则精度越低;而天线的频率越高,探测深度越浅,则精度越高。本次采用中心频率250MHz的天线进仅供参考,请自借鉴。希望对您有帮助。
稀疏成份分析及在雷达成像处理中的应用稀疏成份分析是一种新兴的信号分析方法。它以过完备词典为基础,能从有限的观测数据中获得信号的稀疏表示,有效地挖掘信号的自然属性和本质的驱动源,提高变换域的分辨率,为信号处理提供了有力的工具。作为信号处理的重要组成部分,雷达成像技术无论在军事还是民用上都有巨大的应用潜力。雷达成像本质上就是一个信号表示过程,由于高频区雷达目标散射行为具有局部特性,用稀疏成份分析方法能提高雷达图像的质量,有利于图像分析和目标识别。针对雷达成像的应用背景,本文研究了稀疏成份分析中稀疏性度量函数构造的一般准则等理论问题,以及基于稀疏成份分析的雷达成像算法,包括一维距离像、二维逆合成孔径雷达成像和多频段雷达信号综合技术等。研究了稀疏成份分析中度量函数的构造和算法分析等理论问题。利用稀疏成份分析方法研究了高分辨一维距离像稀疏表示的原子构造与相关算法,并对算法的参数估计性能进行了理论分析。研究了基于稀疏成份分析的逆合成孔径雷达成像算法。根据雷达目标散射信号的稀疏表示模型,研究了多频段多分辨雷达信号综合技术。根据雷达目标的理想点散射体模型和几何绕射模型,分析了多频段雷达回波观测信号的联系与差别,并利用稀疏成份分析方法提出了高分辨一维距离像的多频段信号综合成像技术。针对多频段窄带组网雷达检测海上目标的应用背景,根据雷达目标在低分辨回波中的稀疏分布特性和海杂波的分布特性,提出了多雷达距离分辨率匹配处理技术,提高了雷达回波的距离分辨率并实现了多雷达距离分辨率的匹配统一,为多频段窄带雷达信号综合提供了统一的基础。
雷达原理与应用论文选题方向
雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。 雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常微弱,几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机处理,提取出包含在回波中的信息,送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等。为了测定目标的距离,雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间,这个延迟时间是电磁波从发射机到目标,再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离为:S=CT/2 其中S:目标距离 T:电磁波从雷达到目标的往返传播时间 C:光速 雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用,雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向,一旦发现目标,雷达读出些时天线小事的指向角,就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角,三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能,—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理.当目标和雷达之间存在着相对位置运动时,目标回波的频率就会发生改变,频率的改变量称为多普勒频移,用于确定目标的相对径向速度,通常,具有测速能力的雷达,例如脉冲多普勒雷达,要比一般雷达复杂得多。 雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。 其中,作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积,并与目标本身反射雷达电磁波的能力(雷达散射截面积的大小)等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。 雷达的技术指标与参数很多,而且与雷达的体制有关,这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。 根据波形来区分,雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期(脉冲重复频率)、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率,也称为雷达的工作频率。雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述,波束越窄,天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中,雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内,在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中,我们常常形象地把主波束称为主瓣,其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间,需要通过天线的机械转动或电子控制,使雷达波束在探测区域内扫描。 概括起来,雷达的技术参数主要包括工作频率(波长)、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的,因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如,为提高远距离发现目标能力,预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率,而机载雷达则为减小体积、重量等目的,使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明,如果知道了雷达的技术参数,就可在一定程度上识别出雷达的种类。 雷达的用途广泛,种类繁多,分类的方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类,如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。除了按用途分,还可以从工作体制对雷达进行区分。这里就对一些新体制的雷达进行简单的介绍。(军事观察·)双/多基地雷达 普通雷达的发射机和接收机安装在同一地点,而双/多基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的两个或多个地点上,地点可以设在地面、空中平台或空间平台上。由于隐身飞行器外形的设计主要是不让入射的雷达波直接反射回雷达,这对于单基地雷达很有效。但入射的雷达波会朝各个方向反射,总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一个接收机接收到。美国国防部从七十年代就开始研制、试验双/多基地雷达,较著名的“圣殿”计划就是专门为研究双基地雷达而制定的,已完成了接收机和发射机都安装在地面上、发射机安装在飞机上而接收机安装在地面上、发射机和接收机都安装在空中平台上的试验。俄罗斯防空部队已应用双基地雷达探测具有一定隐身能力的飞机。英国已于70年代末80年代初开始研制双基地雷达,主要用于预警系统。相控阵雷达 我们知道,蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成,每个小眼都能成完整的像,这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似,相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元(称为阵元)组成,单元数目和雷达的功能有关,可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上,构成阵列天线。利用电磁波相干原理,通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位,就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机,完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外,还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流,从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多,则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线,“相控阵”由此得名。 相控阵雷达的优点 (1)波束指向灵活,能实现无惯性快速扫描,数据率高;(2)一个雷达可同时形成多个独立波束,分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能;(3)目标容量大,可在空域内同时监视、跟踪数百个目标;(4)对复杂目标环境的适应能力强;(5)抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高,即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵,且波束扫描范围有限,最大扫描角为90°~120°。当需要进行全方位监视时,需配置3~4个天线阵面。 相控阵雷达与机械扫描雷达相比,扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强,能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN/MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展,固体有源相控阵雷达得到了广泛应用,是新一代的战术防空、监视、火控雷达。宽带/超宽带雷达 工作频带很宽的雷达称为宽带/超宽带雷达。隐身兵器通常对付工作在某一波段的雷达是有效的,而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了,它很可能被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到。另一方面,超宽带雷达发射的脉冲极窄,具有相当高的距离分辨率,可探测到小目标。目前美国正在研制、试验超宽带雷达,已完成动目标显示技术的研究,将要进行雷达波形的试验。合成孔径雷达 合成孔径雷达通常安装在移动的空中或空间平台上,利用雷达与目标间的相对运动,将雷达在每个不同位置上接收到的目标回波信号进行相干处理,就相当于在空中安装了一个“大个”的雷达,这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果,具有很高的目标方位分辨率,再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离分辨率,因而能探测到隐身目标。合成孔径雷达在军事上和民用领域都有广泛应用,如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等。美国的联合监视与目标攻击雷达系统飞机新安装了一部AN/APY3型X波段多功能合成孔径雷达,英、德、意联合研制的“旋风”攻击机正在试飞合成孔径雷达。毫米波雷达 工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达。它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点,同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外,因此它能探测隐身目标。毫米波雷达还具有能力,特别适用于防空、地面作战和灵巧武器,已获得了各国的调试重视。例如,美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头,目前正在研制更先进的毫米波导引头;俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达;英、法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达。激光雷达 工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示器。隐身兵器通常是针对微波雷达的,因此激光雷达很容易“看穿”隐身目标所玩的“把戏”;再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高,因而它能有效地探测隐身目标。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目标探测等。美国国防部正在开发用于目标探测和识别的激光雷达技术,已进行了前视/下视激光雷达的试验,主要探测伪装树丛中的目标。法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和识别直升机的联合研究工作
稀疏成份分析及在雷达成像处理中的应用稀疏成份分析是一种新兴的信号分析方法。它以过完备词典为基础,能从有限的观测数据中获得信号的稀疏表示,有效地挖掘信号的自然属性和本质的驱动源,提高变换域的分辨率,为信号处理提供了有力的工具。作为信号处理的重要组成部分,雷达成像技术无论在军事还是民用上都有巨大的应用潜力。雷达成像本质上就是一个信号表示过程,由于高频区雷达目标散射行为具有局部特性,用稀疏成份分析方法能提高雷达图像的质量,有利于图像分析和目标识别。针对雷达成像的应用背景,本文研究了稀疏成份分析中稀疏性度量函数构造的一般准则等理论问题,以及基于稀疏成份分析的雷达成像算法,包括一维距离像、二维逆合成孔径雷达成像和多频段雷达信号综合技术等。研究了稀疏成份分析中度量函数的构造和算法分析等理论问题。利用稀疏成份分析方法研究了高分辨一维距离像稀疏表示的原子构造与相关算法,并对算法的参数估计性能进行了理论分析。研究了基于稀疏成份分析的逆合成孔径雷达成像算法。根据雷达目标散射信号的稀疏表示模型,研究了多频段多分辨雷达信号综合技术。根据雷达目标的理想点散射体模型和几何绕射模型,分析了多频段雷达回波观测信号的联系与差别,并利用稀疏成份分析方法提出了高分辨一维距离像的多频段信号综合成像技术。针对多频段窄带组网雷达检测海上目标的应用背景,根据雷达目标在低分辨回波中的稀疏分布特性和海杂波的分布特性,提出了多雷达距离分辨率匹配处理技术,提高了雷达回波的距离分辨率并实现了多雷达距离分辨率的匹配统一,为多频段窄带雷达信号综合提供了统一的基础。
雷达原理与应用论文选题方向怎么选
回答 根据自己的专业方向填写就可以了我的理解是,研究方向,是技术专业背景下,比较具体的研究主题。1、了解自己感兴趣的课题能够研究自己感兴趣的内容是一件很幸运的事情。日常学习与翻阅专业文献,可以帮助你更好地找到自己的兴趣点。有了感兴趣的内容,就要付之实践。首先是查找相关资料,通过知网等工具可以轻松地检索到自己感兴趣内容的相关文献,当然还可以通过百度、谷歌等浏览器以及图书馆等社会资源下载所需文献。有了详细的了解之后,再考虑是否要进行更深层次的研究。 2、明确导师的研究方向了解导师制定的研究方向和预期目标是确定研究内容的又一行之有效的方法。首先,应当详细地了解导师的研究方向。其次,如果是导师给出的研究方向,那么一般是可行的;这时我们就要积极与导师沟通,了解导师对于该课题的想法;在进行充分、有效地交流之后,我们就要对导师提出的建议进行认真考虑,可行度较高的话,就可以着手开始搜集资料,为论文完成打好基础。3、确定研究思路和计划“书读百遍,其义自见”,通过与导师、学长学姐的沟通,我们可能会对这个课题有一定新的认识,确定了研究方向之后,就要对近几年的文献进行更深的了解。精读和泛读相结合,同时对论文的主要观点、论证方式进行记录,同时要进行思考研究课题目前存在的问题以及需要改进的地方,形成一个完整的研究计划。
稀疏成份分析及在雷达成像处理中的应用稀疏成份分析是一种新兴的信号分析方法。它以过完备词典为基础,能从有限的观测数据中获得信号的稀疏表示,有效地挖掘信号的自然属性和本质的驱动源,提高变换域的分辨率,为信号处理提供了有力的工具。作为信号处理的重要组成部分,雷达成像技术无论在军事还是民用上都有巨大的应用潜力。雷达成像本质上就是一个信号表示过程,由于高频区雷达目标散射行为具有局部特性,用稀疏成份分析方法能提高雷达图像的质量,有利于图像分析和目标识别。针对雷达成像的应用背景,本文研究了稀疏成份分析中稀疏性度量函数构造的一般准则等理论问题,以及基于稀疏成份分析的雷达成像算法,包括一维距离像、二维逆合成孔径雷达成像和多频段雷达信号综合技术等。研究了稀疏成份分析中度量函数的构造和算法分析等理论问题。利用稀疏成份分析方法研究了高分辨一维距离像稀疏表示的原子构造与相关算法,并对算法的参数估计性能进行了理论分析。研究了基于稀疏成份分析的逆合成孔径雷达成像算法。根据雷达目标散射信号的稀疏表示模型,研究了多频段多分辨雷达信号综合技术。根据雷达目标的理想点散射体模型和几何绕射模型,分析了多频段雷达回波观测信号的联系与差别,并利用稀疏成份分析方法提出了高分辨一维距离像的多频段信号综合成像技术。针对多频段窄带组网雷达检测海上目标的应用背景,根据雷达目标在低分辨回波中的稀疏分布特性和海杂波的分布特性,提出了多雷达距离分辨率匹配处理技术,提高了雷达回波的距离分辨率并实现了多雷达距离分辨率的匹配统一,为多频段窄带雷达信号综合提供了统一的基础。
注重选题的实用价值,选择具有现实意义的题目理论联系实际,运用自己所学的理论知识对实践活动进行研究,提出自己的见解,探讨解决问题的方法,不仅能使自己所学的书本知识得到一次实际的运用,而且能提高自己分析问题和解决问题的能力。有现实意义的题目大致有两个来源:(1)现实社会中急需回答的重大或热点问题。文科题目大多来源于此;(2)在本地区、本部门、本行业工作实践中遇到的理论或现实问题。 注重选题的创新价值,选择具有新意的题目毕业论文成功与否、质量高低、价值大小,很大程度上取决于论文是否有新意。所谓新意,即论文中表现自己的新看法、新见解、新观点或在某一方面、某一点上能给人以新的启迪。论文有新意,就有了灵魂,有了存在的价值。新意可从以下四个方面来考虑:(1)观点、选题、材料直至论证方法都是新的。这类论文写好了,价值高,影响力大,但难度大。选择这类题目,须对某些问题有相当深入的研究,且有扎实的理论功底和写作经验。对于毕业论文来讲,限于学院的条件,要十分慎重,不提倡选择此类题目。(2)用新的材料论证旧的课题,从而提出新的或部分新的观点或看法。(3)以新的角度或新的研究方法重做已有的课题,从而得出全部或部分新观点。(4)对已有的观点、材料、研究方法提出质疑,虽然没有提出自己新的看法,但能够启发人们重新思考问题。以上四个方面只要能做到其中一点,就可以认为文章的选题有了新意。以上就是关于论文选题方向的相关分享,总之,在选题的方向确定以后,还要经过一定的调查和研究,来进一步确定选题的范围,以至最后选定具体题目。
雷达原理与应用论文选题方向怎么写
雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。 雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常微弱,几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机处理,提取出包含在回波中的信息,送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等。为了测定目标的距离,雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间,这个延迟时间是电磁波从发射机到目标,再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离为:S=CT/2 其中S:目标距离 T:电磁波从雷达到目标的往返传播时间 C:光速 雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用,雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向,一旦发现目标,雷达读出些时天线小事的指向角,就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角,三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能,—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理.当目标和雷达之间存在着相对位置运动时,目标回波的频率就会发生改变,频率的改变量称为多普勒频移,用于确定目标的相对径向速度,通常,具有测速能力的雷达,例如脉冲多普勒雷达,要比一般雷达复杂得多。 雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。 其中,作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积,并与目标本身反射雷达电磁波的能力(雷达散射截面积的大小)等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。 雷达的技术指标与参数很多,而且与雷达的体制有关,这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。 根据波形来区分,雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期(脉冲重复频率)、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率,也称为雷达的工作频率。雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述,波束越窄,天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中,雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内,在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中,我们常常形象地把主波束称为主瓣,其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间,需要通过天线的机械转动或电子控制,使雷达波束在探测区域内扫描。 概括起来,雷达的技术参数主要包括工作频率(波长)、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的,因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如,为提高远距离发现目标能力,预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率,而机载雷达则为减小体积、重量等目的,使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明,如果知道了雷达的技术参数,就可在一定程度上识别出雷达的种类。 雷达的用途广泛,种类繁多,分类的方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类,如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。除了按用途分,还可以从工作体制对雷达进行区分。这里就对一些新体制的雷达进行简单的介绍。(军事观察·)双/多基地雷达 普通雷达的发射机和接收机安装在同一地点,而双/多基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的两个或多个地点上,地点可以设在地面、空中平台或空间平台上。由于隐身飞行器外形的设计主要是不让入射的雷达波直接反射回雷达,这对于单基地雷达很有效。但入射的雷达波会朝各个方向反射,总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一个接收机接收到。美国国防部从七十年代就开始研制、试验双/多基地雷达,较著名的“圣殿”计划就是专门为研究双基地雷达而制定的,已完成了接收机和发射机都安装在地面上、发射机安装在飞机上而接收机安装在地面上、发射机和接收机都安装在空中平台上的试验。俄罗斯防空部队已应用双基地雷达探测具有一定隐身能力的飞机。英国已于70年代末80年代初开始研制双基地雷达,主要用于预警系统。相控阵雷达 我们知道,蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成,每个小眼都能成完整的像,这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似,相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元(称为阵元)组成,单元数目和雷达的功能有关,可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上,构成阵列天线。利用电磁波相干原理,通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位,就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机,完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外,还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流,从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多,则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线,“相控阵”由此得名。 相控阵雷达的优点 (1)波束指向灵活,能实现无惯性快速扫描,数据率高;(2)一个雷达可同时形成多个独立波束,分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能;(3)目标容量大,可在空域内同时监视、跟踪数百个目标;(4)对复杂目标环境的适应能力强;(5)抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高,即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵,且波束扫描范围有限,最大扫描角为90°~120°。当需要进行全方位监视时,需配置3~4个天线阵面。 相控阵雷达与机械扫描雷达相比,扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强,能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN/MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展,固体有源相控阵雷达得到了广泛应用,是新一代的战术防空、监视、火控雷达。宽带/超宽带雷达 工作频带很宽的雷达称为宽带/超宽带雷达。隐身兵器通常对付工作在某一波段的雷达是有效的,而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了,它很可能被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到。另一方面,超宽带雷达发射的脉冲极窄,具有相当高的距离分辨率,可探测到小目标。目前美国正在研制、试验超宽带雷达,已完成动目标显示技术的研究,将要进行雷达波形的试验。合成孔径雷达 合成孔径雷达通常安装在移动的空中或空间平台上,利用雷达与目标间的相对运动,将雷达在每个不同位置上接收到的目标回波信号进行相干处理,就相当于在空中安装了一个“大个”的雷达,这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果,具有很高的目标方位分辨率,再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离分辨率,因而能探测到隐身目标。合成孔径雷达在军事上和民用领域都有广泛应用,如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等。美国的联合监视与目标攻击雷达系统飞机新安装了一部AN/APY3型X波段多功能合成孔径雷达,英、德、意联合研制的“旋风”攻击机正在试飞合成孔径雷达。毫米波雷达 工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达。它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点,同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外,因此它能探测隐身目标。毫米波雷达还具有能力,特别适用于防空、地面作战和灵巧武器,已获得了各国的调试重视。例如,美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头,目前正在研制更先进的毫米波导引头;俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达;英、法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达。激光雷达 工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示器。隐身兵器通常是针对微波雷达的,因此激光雷达很容易“看穿”隐身目标所玩的“把戏”;再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高,因而它能有效地探测隐身目标。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目标探测等。美国国防部正在开发用于目标探测和识别的激光雷达技术,已进行了前视/下视激光雷达的试验,主要探测伪装树丛中的目标。法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和识别直升机的联合研究工作
雷达简介雷达概念形成于20世纪初,在第二次世界大战前后获得飞速发展。雷达的工作原理,是设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向,处在此方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波,送至接收设备进行处理,提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离,距离变化率或径向速度、方位、高度等)。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。脉冲雷达因容易实现精确测距,且接收回波是在发射脉冲休止期内,所以接收天线和发射天线可用同一副天线,因而在雷达发展中居主要地位。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差,因电磁波以光速传播,据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。当雷达和目标之间有相对运动时,雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同,两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时,雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,它不仅成为军事上必不可少的电子装备,而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。其空间分辨力可达几米到几十米,且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。
利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。雷达是英文radar的音译,意为无线电检测和测距。雷达概念形成于20世纪初,在第二次世界大战前后获得飞速发展。雷达的工作原理,是设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向,处在此方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波,送至接收设备进行处理,提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离,距离变化率或径向速度、方位、高度等)。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。脉冲雷达因容易实现精确测距,且接收回波是在发射脉冲休止期内,所以接收天线和发射天线可用同一副天线,因而在雷达发展中居主要地位。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差,因电磁波以光速传播,据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。当雷达和目标之间有相对运动时,雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同,两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时,雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,它不仅成为军事上必不可少的电子装备,而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。其空间分辨力可达几米到几十米,且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。
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雷达原理与应用论文选题背景
地质雷达在水利工程质量检测中的应用1 前言 地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域,取得了显著的探测效果和社会经济效益,并在工程实践中不断完善和提高,必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。而地质雷达技术用于堤防隐患的探测尚属初步阶段,通过广大物探技术人员的共同努力,达到了解和掌握不同隐患类型在雷达图像上的反映特征,在不断总结探测经验的基础上,提高异常的判断能力和精度,较确切地推定堤防工程隐患的性质和位置,以便指导有关管理单位加强堤防工程重点部位的维护和防范,提高和巩固堤防工程的运行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程护砌质量检测为实例,说明地质雷达技术在堤防工程探测中的应用情况,以此与同行进行切磋,推动堤防工程探测技术的发展,不妥之处,敬请批评指正。2 基本原理地质雷达与探空雷达相似,利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式,由地面通过发射天线(T)向地下发射,当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射,并返回地面,被放置在地表的接收天线(R)接收,并由主机记录下来,形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时,其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此,根据接收到的电磁波特征,既波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等,通过雷达图像的处理和分析,可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。雷达波(电磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。实际观测时,由于发射天线与接收天线的距离很近,所以其电磁场方向通常垂直于入射平面,并近似看作法向入射,反射脉冲信号的强度,与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关,主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数,对于以位移电流为主的介质,既大多数岩石介质属非磁性、非导电介质,常常满足σ/ωε<<1,于是衰减系数(β)的近似值为:既衰减系数与电导率(σ)及磁导率(μ)的平方根成正比,与介电常数(ε)的平方根成反比。而界面的反射系数为:式中Z为波阻抗,其表达式为:显然,电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。由此可见,电磁波的频率(ω=2πf)越高,波阻抗越大。对于雷达波常用频率范围(25~1000MHz),一般认为σ<<ωε,因而反射系数r可简写成:上式表明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H:式中:t为目的层雷达波的反射时间;c为雷达波在真空中的传播速度(3m/ns);εr为目的层以上介质相对介电常数均值。3 工程概况北京市界内永定河左、右堤防于清朝乾隆年间修筑,后经数次维修和加固形成现有规模,主体为梯形,顶宽约10m,可见堤高约5~6m,堤内坡坡度为1:5~1:0,外坡相对较缓为1: 0~1: 5。堤身为人工堆积,主要由粉细砂(中下游段)、卵砾石(上游段)组成。介质构成复杂多变,分布不均,且处于包气带中,极为干燥。堤基为第四系全新统地层,岩性以粉细砂为主,下游段出现黑色淤泥质粘土夹层,层厚约7~0m。地下水位埋深(自地表计):卢沟桥附近约0m,至下游逐渐变浅,达省/市界附近(石佛寺)一带约0m。永定河卢沟桥下游至省/市界左、右堤防共划定险工段12处23段,分布在左堤约60Km和右堤约30Km范围内,其险工段内坡为浆砌石(厚约40cm——原设计标准)结合铅丝石笼构成的护砌,并于1964~1989年间营建,浆砌石护坡除可见堤身部分露出外,其余部分与铅丝石笼水平护底均埋于河滩滩地以下,一般为0~0m,外铺0m的铅丝石笼护底。这些险工段在历史上均有决口或抢险加固的记载。为满足北京市对永定河防洪设计的需要,保证该堤防渡汛万无一失,故进行地球物理勘探工作,以检测堤防工程的护砌质量,便于99年6月份之前进行加固处理。4 测试技术及资料处理为判断险工段堤内坡护险浆砌石质量的优劣,沿内坡坡脚布置一条雷达探测剖面,并按其走向连续测试。外业施测使用瑞典MALA地质仪器有限公司生产的RAMAC/GPR地质雷达系统,天线的中心频率为250MHz,收发天线的间距为6m。实测采用剖面法,且收发天线方向与测线方向平行。记录点距为2m,采样频率为3893MHz,单一记录迹线的采样点数为512,迭加次数为16,记录时窗为180ns,若取堤身土体的雷达波速为08~10m/ns,表层浆砌石的雷达波速为10~12m/ns,综合考虑该地层剖面特征,选取雷达波速中值为10m/ns,则此时该雷达系统的最小纵向分辨率为8~10cm。雷达资料的数据处理与地震反射法勘探数据处理基本相同,主要有:①滤波及时频变换处理;②自动时变增益或控制增益处理;③多次重复测量平均处理;④速度分析及雷达合成处理等,旨在优化数据资料,突出目的体、最大限度地减少外界干扰,为进一步解释提供清晰可辨的图像。处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图相似,可依据该图进行地质解释。5 成果分析地质雷达资料的地质解释是地质雷达探测的目的。由数据处理后的雷达图像,全面客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等),尤其是反射波的波形及强度特征,通过同相轴的追踪,确定波组的地质意义,构制地质——地球物理解释模型,依据剖面解释获得整个测区的最终成果图。地质雷达资料反映的是地下地层的电磁特性(介电常数及电导率)的分布情况,要把地下介质的电磁特性分布转化为地质分布,必须把地质、钻探、地质雷达这三个方面的资料有机结合起来,建立测区的地质——地球物理模型,才能获得正确的地下地质结构模式。雷达资料的地质解释步骤一般为:⑴ 反射层拾取根据勘探孔与雷达图像的对比分析,建立各种地层的反射波组特征,而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。⑵ 时间剖面的解释在充分掌握区域地质资料,了解测区所处的地质结构背景的基础上,研究重要波组的特征及其相互关系,掌握重要波组的地质结构特征,其中要重点研究特征波的同相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等),解释同相轴不连续带的原因等。下部架空时的图像,该剖面第三反射同相轴自剖面点4m处断开,形成“背斜”状的强反射层,此现象延续到剖面点8m处,此段浆砌石与下部土体分离导致架空,其范围与已知情况吻合。 通过雷达测试成果的地质解释共圈定出73处浆砌石存在不同程度的隐患或质量较差,这些隐患的类型一般为:①浆砌石厚度较薄;②浆砌石与下部土体分离形成架空;③浆砌石胶结不良或松散;④浆砌石出现裂缝等不良现象。 护砌整体质量较差的堤段多为年久失修严重,浆砌石与下部堤身土体接触差,多形成架(悬)空状态,造成护砌断裂、塌陷等不良现象较普遍,且多具一定规模。而造成上述现象存在的原因,笔者分析后认为浆砌石面存在许多缝隙,且砂浆质量差、少浆,下部又无防渗护层,堤身土体多由粉细砂组成,经降水入渗,粉细砂局部被冲刷淘失,在砌石与堤身土体之间形成空洞,并有继续扩大发展之趋势。该物探成果经开挖验证(见图4——开挖照片),完全符合客观实际,受到了甲方的赞誉。6 结语地质雷达以其高效快速、高精度在护险工程探测中能够发挥重要作用,取得了良好的应用效果,且对浅层或超浅层的工程探测中有着十分广阔的应用前景,然而地质雷达的探测深度和精度与所采用的天线频率有很大关系,天线的频率越低探测深度越大,则精度越低;而天线的频率越高,探测深度越浅,则精度越高。本次采用中心频率250MHz的天线进仅供参考,请自借鉴。希望对您有帮助。
雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。 雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常微弱,几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机处理,提取出包含在回波中的信息,送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等。为了测定目标的距离,雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间,这个延迟时间是电磁波从发射机到目标,再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离为:S=CT/2 其中S:目标距离 T:电磁波从雷达到目标的往返传播时间 C:光速 雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用,雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向,一旦发现目标,雷达读出些时天线小事的指向角,就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角,三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能,—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理.当目标和雷达之间存在着相对位置运动时,目标回波的频率就会发生改变,频率的改变量称为多普勒频移,用于确定目标的相对径向速度,通常,具有测速能力的雷达,例如脉冲多普勒雷达,要比一般雷达复杂得多。 雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。 其中,作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积,并与目标本身反射雷达电磁波的能力(雷达散射截面积的大小)等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。 雷达的技术指标与参数很多,而且与雷达的体制有关,这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。 根据波形来区分,雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期(脉冲重复频率)、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率,也称为雷达的工作频率。雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述,波束越窄,天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中,雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内,在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中,我们常常形象地把主波束称为主瓣,其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间,需要通过天线的机械转动或电子控制,使雷达波束在探测区域内扫描。 概括起来,雷达的技术参数主要包括工作频率(波长)、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的,因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如,为提高远距离发现目标能力,预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率,而机载雷达则为减小体积、重量等目的,使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明,如果知道了雷达的技术参数,就可在一定程度上识别出雷达的种类。 雷达的用途广泛,种类繁多,分类的方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类,如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。除了按用途分,还可以从工作体制对雷达进行区分。这里就对一些新体制的雷达进行简单的介绍。(军事观察·)双/多基地雷达 普通雷达的发射机和接收机安装在同一地点,而双/多基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的两个或多个地点上,地点可以设在地面、空中平台或空间平台上。由于隐身飞行器外形的设计主要是不让入射的雷达波直接反射回雷达,这对于单基地雷达很有效。但入射的雷达波会朝各个方向反射,总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一个接收机接收到。美国国防部从七十年代就开始研制、试验双/多基地雷达,较著名的“圣殿”计划就是专门为研究双基地雷达而制定的,已完成了接收机和发射机都安装在地面上、发射机安装在飞机上而接收机安装在地面上、发射机和接收机都安装在空中平台上的试验。俄罗斯防空部队已应用双基地雷达探测具有一定隐身能力的飞机。英国已于70年代末80年代初开始研制双基地雷达,主要用于预警系统。相控阵雷达 我们知道,蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成,每个小眼都能成完整的像,这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似,相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元(称为阵元)组成,单元数目和雷达的功能有关,可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上,构成阵列天线。利用电磁波相干原理,通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位,就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机,完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外,还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流,从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多,则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线,“相控阵”由此得名。 相控阵雷达的优点 (1)波束指向灵活,能实现无惯性快速扫描,数据率高;(2)一个雷达可同时形成多个独立波束,分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能;(3)目标容量大,可在空域内同时监视、跟踪数百个目标;(4)对复杂目标环境的适应能力强;(5)抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高,即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵,且波束扫描范围有限,最大扫描角为90°~120°。当需要进行全方位监视时,需配置3~4个天线阵面。 相控阵雷达与机械扫描雷达相比,扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强,能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN/MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展,固体有源相控阵雷达得到了广泛应用,是新一代的战术防空、监视、火控雷达。宽带/超宽带雷达 工作频带很宽的雷达称为宽带/超宽带雷达。隐身兵器通常对付工作在某一波段的雷达是有效的,而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了,它很可能被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到。另一方面,超宽带雷达发射的脉冲极窄,具有相当高的距离分辨率,可探测到小目标。目前美国正在研制、试验超宽带雷达,已完成动目标显示技术的研究,将要进行雷达波形的试验。合成孔径雷达 合成孔径雷达通常安装在移动的空中或空间平台上,利用雷达与目标间的相对运动,将雷达在每个不同位置上接收到的目标回波信号进行相干处理,就相当于在空中安装了一个“大个”的雷达,这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果,具有很高的目标方位分辨率,再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离分辨率,因而能探测到隐身目标。合成孔径雷达在军事上和民用领域都有广泛应用,如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等。美国的联合监视与目标攻击雷达系统飞机新安装了一部AN/APY3型X波段多功能合成孔径雷达,英、德、意联合研制的“旋风”攻击机正在试飞合成孔径雷达。毫米波雷达 工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达。它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点,同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外,因此它能探测隐身目标。毫米波雷达还具有能力,特别适用于防空、地面作战和灵巧武器,已获得了各国的调试重视。例如,美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头,目前正在研制更先进的毫米波导引头;俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达;英、法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达。激光雷达 工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示器。隐身兵器通常是针对微波雷达的,因此激光雷达很容易“看穿”隐身目标所玩的“把戏”;再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高,因而它能有效地探测隐身目标。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目标探测等。美国国防部正在开发用于目标探测和识别的激光雷达技术,已进行了前视/下视激光雷达的试验,主要探测伪装树丛中的目标。法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和识别直升机的联合研究工作
雷达是一种神奇的电学器具,它由电磁波往返时间,测得阻波物的距离。假如你问雷达是谁发明的?在芬克的雷达机械中说,“雷达的发明,不能专归于某一位科学家,乃是许多无线电学工程师努力研究,加以调准而成。”在战时,美国麻省理工学院由五百位科学家和工程师致力于雷达的研究。希奇得很,在自然界中,你找得到神为某种动物所豫备的雷达。在一九四七年一月号的英国奋勉杂志上,科学家B Vesey-Fitzgerald 发表了一篇很有趣的文本,给我们解释蝙蝠在黑暗中如何指导自己飞行,不论如何黑暗,如何狭窄的地方,绝不碰壁,这是什么原因?它怎样知道前面有无障碍呢?关于这事有两位美国生物学家格利芬和迦朗包在一九四○年已经证明,蝙蝠能够避免碰撞,是藉一种天然雷达,不过是声波代替电磁波,在原理方面完全相仿。从蝙蝠口中发出一种频率极高的声波,超过人类听觉范围以外,二位科学家藉着一种特制的电力设备,在蝙蝠飞行时,将它所发的高频率声波记录出来。这种声波碰到墙上,必然折回,它的耳膜就能分辨障碍物的距离远近,而向适宜方向飞去。蝙蝠传输声波也像雷达一样,都是相距极短的时间而且极有规则,并且每只蝙蝠,有其固有的频率,这样蝙蝠可分清自己的声音,不至发生扰乱。因这缘故,蝙蝠飞行之时,常是张口,假如你将它口紧闭,它便失去指挥作用,假如堵上它的耳朵,便要撞到墙上,无法飞行。这个有趣的实验,道破了它的秘密。努力学习吧!但愿中国人也能有这样的大发名!