由于现有可用于路面探测的探地雷达系统还不能完全满足高速探测的要求，本书作者开发的一套车载高速、双通道、超宽带的探地雷达系统，可实现路面及路基信息的快速、准确获取，从而掌握公路的质量、生命周期状况。全书描述探地雷达系统的总体设计和系统架构、基于阶跃恢复二极管的脉冲电路板设计原理、数据传输与存储中的瓶颈问题及问题解决的途径、超宽带探地雷达天线知识、雷达数据处理软件开发问题、探地雷达系统的实验及雷达数据的处理。
样章试读
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第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 探地雷达技术设备的研究现状 2
1.2.2 探地雷达公路质量检测的研究现状 4
1.2.3 问题与不足 5
1.3 本书研究内容 6
第2章 探地雷达系统设计基础 8
2.1 探地雷达电磁学理论 8
2.1.1 麦克斯韦方程 8
2.1.2 电磁波波动性 9
2.1.3 电磁波的反射与折射 10
2.2 探地雷达系统结构及分类 12
2.2.1 探地雷达原理 12
2.2.2 探地雷达系统结构 13
2.2.3 探地雷达系统分类 14
2.3 高速公路路面结构 15
2.3.1 柔性路面 15
2.3.2 刚性路面 16
2.3.3 复合路面 18
2.4 探地雷达系统总体设计 18
2.4.1 问题分析 18
2.4.2 探地雷达系统架构设计 20
第3章 超宽带脉冲信号发生器的设计与实现 22
3.1 超宽带技术 22
3.1.1 超宽带信号 22
3.1.2 超宽带探地雷达系统的特性 23
3.2 超宽带脉冲的生成原理 24
3.2.1 超宽带脉冲生成原理 24
3.2.2 阶跃恢复二极管工作原理 25
3.3 导致脉冲畸变的因素分析 27
3.3.1 阻抗不匹配 27
3.3.2 纹波的产生 28
3.3.3 工作频率限制和脉冲振幅衰减 28
3.4 超宽带脉冲电路的设计 29
3.4.1 脉冲振幅转换器设计 30
3.4.2 高斯脉冲发生器设计 31
3.4.3 脉冲整形滤波器设计 31
3.5 印制电路板布局设计 33
3.5.1 基板的选定 33
3.5.2 电路板布局设计 33
第4章 信号采集与存储系统的设计与实现 36
4.1 信号采样理论 36
4.1.1 奈奎斯特采样定理 36
4.1.2 等效采样 37
4.1.3 实时采样 37
4.2 数据传输与存储的瓶颈问题 38
4.3 问题解决方案 40
4.3.1 雷达反射信号采集设计 40
4.3.2 头文件数据采集设计 43
4.3.3 多线程并行技术 44
4.3.4 临界区控制及队列结构 45
4.3.5 数据结构和存储格式 47
4.4 数据采集控制系统设计 50
4.4.1 按键控制模式 51
4.4.2 采集次数控制模式 52
4.4.3 采集时间控制模式 55
4.5 数据采集子系统的程序开发 56
4.5.1 MATLAB环境 57
4.5.2 LabVIEW环境 58
4.6 采集数据文件量级估算 62
第5章 信号发射与采集系统的控制与设计 63
5.1 雷达天线的设计类别 63
5.1.1 超宽带天线定义与分类 63
5.1.2 喇叭天线 65
5.1.3 Vivaldi天线 66
5.1.4 蝶形天线 67
5.2 微波电路参数分析 68
5.2.1 S11参数的对比分析 68
5.2.2 VSWR参数的对比分析 70
5.3 FPGA系统同步控制设计 72
5.3.1 雷达系统信号时序分析 72
5.3.2 双通道同步设计 73
5.3.3 高速数字化仪同步设计 75
5.4 雷达系统整合设计 76
第6章 车载探地雷达数据处理软件的开发 79
6.1 系统需求分析 80
6.1.1 系统用户分析 80
6.1.2 功能需求分析 80
6.1.3 系统性能需求分析 81
6.1.4 用户界面需求分析 82
6.2 GIMAGE系统的总体设计 82
6.2.1 设计理念及开发平台 82
6.2.2 GIMAGE数据结构设计 83
6.2.3 GIMAGE功能结构设计 84
6.2.4 GIMAGE数据处理框架设计 85
6.2.5 用户界面设计 86
第7章 车载探地雷达系统的应用实验 88
7.1 探地雷达系统室内测试实验 88
7.1.1 实验方案及参数选取 88
7.1.2 数据采集 91
7.2 室内实验数据处理 91
7.2.1 反射信号的双曲线特征 91
7.2.2 噪声来源分析 92
7.2.3 实验数据处理步骤 93
7.2.4 介质介电常数的计算 104
7.3 正演模拟对比实验 106
7.3.1 正演模拟方法 106
7.3.2 正演模型的建立与数值模拟 107
7.3.3 正演模拟数据的处理 110
7.3.4 实验结果对比分析 111
7.4 室外道路检测实验 113
7.4.1 实验方案设计 113
7.4.2 实验参数选取 113
7.4.3 数据采集 114
7.5 室外实验数据处理与结果分析 114
7.5.1 室外实验数据处理 114
7.5.2 实验结果分析 117
参考文献 120
附录I GPR属性数据文件结构 125
附录II GIMAGE软件的数据文件结构 127
编后记
京公网安备 11010102004214号