雷达技术论文范文

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一般来说，在目前的探地雷达中它主要是由主机、天线和后处理软件构成。这其中主机起到的作用是帮助实现雷达系统的整个控制、数据采集以及处理和显示。在我国现阶段的公路工程建设中，由于地下介质情况比较复杂，我们在探测到的数据资料往往要用后处理软件进行运算，以增强异常区域，利于得出准确结论。

1.2探地雷达工作原理

在现在的公路探地雷达使用中，它主要依据电磁脉冲在地下传播的原理进行具体的工作。当遇到存在电性差异的地下目标时候，电磁波就会发生反射，然后由地面接收天线接收，再通过对接收到的雷达波进行处理分析，形成一定的平面图形，具体如下。我们根据这个参数就可判断地下物体的结构，位置等。

2探地雷达的技术参数

在探地雷达技术中，最主要的莫过于是技术参数的分辨率了，它是探地雷达分贬率最小异常介质的能力，可以分为垂直分辨率和水平分辨率这两种。下面笔者根据实际分析了探地雷达不同天线垂直分辨率的经验值，供大家参考使用。

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（2）理解文中重要概念的含义。

2、分析综合

（1）筛选并整合文中的信息。

（2）分析文章结构，把握文章思路。

（3）归纳内容要点，概括中心意思。

（4）分析概括作者在文中的观点态度。

3、圈划选项信息源。

在作答过程中先用铅笔在原文找出选项信息源，并做标记。

4、将选项与选项信息源做比较。

比较点多为：

1）句意逻辑是否一致。

2）表意范围是否发生扩大或缩小。

3）是否发生张冠李戴。

4）是否绝对。

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中图分类号：U675.74 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0224-01

1 固态雷达工作原理

调制器发出的调制脉冲被传送进入磁控管，并引发磁控管产生大功率超高频率的脉冲波，这种射频脉冲波经过天线发射，在遇到目标物体后，有目标物体弹回的反射波会再次被天线接收，最后接收机通过反射波的信息，进过处理，将信号以视屏信号的方式显现出来，这就是传统的脉冲磁控管雷达。脉冲磁控管雷达中最主要的部分就是磁控管，而新型的固态雷达却没有磁控管，取而代之的是固态器件。信号的发射和传统的雷达一样，接收后的信号不仅要进过接收器的处理还需要有脉冲压缩器的处理，之后才能将信息呈现在显示屏上。

传统的脉冲磁控管雷达发射的是大功率的脉冲波，而新型的固态雷达发射的确实低功率的射频脉冲，一般情况下固态雷达发射的射频脉冲的最大功率低至200W左右，但是却拥有较高的占空率。发射的信号经过接收机和脉冲压缩器的处理，可以高倍数的压缩信号，这就可以与传统雷达所发射的大功率高频率的射频信号想媲美，而固态雷达还具有较高的占空比，所以固态雷达在远距离的探测中更占有优势地位。

雷达探测的距离可分为近、中、远三种不同的距离，不同的探测距离的要求是不一样的，固态雷达发射出特定的射频脉冲来满足这些要求，这种特定次序的脉冲中包括短脉冲，中脉冲和长脉冲三种不同的脉冲波。同时，为了使脉冲容易被压缩，常常采用脉冲宽度和编码混合的方法，这样可以保证每次发射的脉冲在长度和编码上都是与众不同的。处理和比较就收会的脉冲信号，就可以判断目标的存在状况。而数字脉冲压缩器的作用就是压缩脉冲，这样就可以利用中脉冲和长脉冲来有效地确定距离，按照IMO的规定，雷达性能标准距离可以观察到40m。新体制的固态雷达与传统的脉冲磁控管雷达有巨大的改善，它使用了脉冲多普新勒技术，这项技术的使用时的航海雷达得到了更好地发展。固态雷达可以检测出雷达与目标之间的相对速度，将接受的反射波以特定的方式处理后，能够十分有效的将回波中的杂波剔除出去，这种滤波技术使得雷达能够在海浪和雨雪等恶劣情况下，对移动中的小目标进行精确地探测，这比起传统雷达的效果要好的多。通过对比，可以更加具体的说明两种雷达在有外界干扰的情况下探测性能的高低，新体制的固态雷达在雨雪天气可以清晰的扑捉到移动中的小目标，有效地派出了雨雪杂波的干扰；而传统的雷达对雨雪杂波的过滤效果不尽如意，即使后期通过其他手段抑制雨雪杂波的影响，取得的效果也不如固态雷达的效果好。

2 典型技术介绍

2.1 多普勒效应

声源和接受物体的相对运动而发生声源的频率发生改变（频移）称为多普勒效应。将多普勒效应使用在雷达中，这样可以提高雷达在有外界杂波的干扰下清晰观察到移动中的小目标能力。移动中的小目标与雷达之间沿径向有相对的速度或者是两者之间的距离变化时，这种多普勒雷达发射出的脉冲信号经过目标的反射后，雷达接收的收回波的频率和原来的发射的脉冲的频率有变化，根据这种频率偏移，我们就可以知道小目标的运动情况。雷达发射的脉冲信号和接受会的信号进过的路程是目标和雷达之间路程的两倍。多普勒雷达可以有效地减少杂波的干扰，使得目标情况可以清晰的显示出来。

2.2 脉冲压缩技术

除了多普勒雷达外，还有脉冲压缩雷达，它的主要技术是脉冲压缩。脉冲压缩技术就是通过对脉冲的相位和频率进行编码的长脉冲，将发射机发射的原有脉冲编码成远远大于相同情况下未编码的脉冲宽度。脉冲发射需要有足够的能量，而脉冲压缩技术的最大特点就是能够在较低的峰值功率下，有效地增大脉冲的宽度来确保脉冲顺利发射。脉冲压缩雷达还具有远距离探测能力和距离探测能力高等特点。

3 固态雷达的应用

3.1 固态雷达的运用特点

新体制固态雷达的出现，在航海雷达的发展史上具有跨时代的意义，多普勒技术、脉冲压缩技术等高新技术的使用，使得固态雷达相对于传统雷达具有许多优点。固态雷达不仅在远距离探测、距离分辨、抗杂波干扰、检测移动中的目标等方向的能力大大提高，而且因为新技术的使用，也降低了航海雷达的使用成本，延长了雷达的使用寿命。新的技术也是的固态雷达的工作原理发生了改变，这使得固态雷达获得了许多优点。首先，传统的磁控管雷达的主要工作部位磁控管，在开启雷达后需要长达三分钟的预热时间才能正常工作，而固态雷达却不需要时间来预热。其次，磁控管发射出的是大功率高频率的脉冲，这些脉冲并不稳定，一般情况下为了获得清晰地图像，需要对这些脉冲进行调制，但是固态雷达解决了这一问题，不再需要调制。再次，传统雷达使用的大功率设施需要经常更换，这就增加了雷达的使用成本，而新体制的固态雷达不需要经常更换这些器件，大大减少了成本。

3.2 固态雷达在运用中注意的问题

虽然固态雷达的性能在传统雷达的基础上有了很大的进步，但是在使用过程中，使用者还有一些地方需要注意，以保证安全有效使用航海雷达。首先，固态雷达在观测移动目标时需要目标与雷达间有径向移动，这一确定也会使得没有径向移动的目标别误认为是杂波过滤掉。其次，固态雷达采用的脉冲压缩技术在对杂波干扰进行过滤的时候，也会对小目标的发射波有影响，这样也会减弱对小目标的探测能力。所以使用者在使用固态雷达的时候，必须注意这些细小的问题，以免因为疏忽造成航海事故。

4 结语

航海事业的发展使得人们对于航海雷达的要求越来越高，随着未来科学技术的不断发展，航海雷达也会不断地改善。未来的航海雷达将在抗干扰能力、距离分辨率等方面做出巨大的突破。新体制固态雷达的出现为安全航海提供了有效地技术支持。笔者在这里对目前新体制固态雷达的现状和工作原理进行了简单的介绍，同时提出了现代新体制固态雷达的运用中的特点及其注意的问题，为雷达的使用者提供一份参考。

参考文献

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1 引言

近年来我军装备某型雷达几十余部，由于其技术含量高，价格昂贵，尚未配备院校教学，学员无法进行装备教学训练，而部队操作人员利用实际装备进行操作训练，又会缩短装备有效工作时间，甚至造成装备损坏，为保证部队操作人员及院校学员对该装备的操作、排故训练，需要研制能提高训练效率和训练质量的训练模拟设备。随着计算机技术和数字技术的不断发展，为研制用于维护和操作训练的模拟器提供了极大的方便。雷达训练模拟器是模拟仿真技术与雷达技术相结合的产物，它通过模拟的方法产生雷达操作面板和显示器动态画面，以便在实际雷达系统前端不具备的条件下能够真实地描述雷达的工作状态和过程。该模拟器解决了新装备训练所面临的难题，满足了部队科技练兵的需要，具有重要的军事意义。

2　模拟器的功用

模拟器由模拟雷达、教员工作台及学员工作台组成，主要用于操作人员对某型雷达操作的模拟训练、典型故障分析及排故训练，其完成的主要功能：①模拟雷达的开机、关机、通电操作；模拟空中背景及目标图像信息，模拟显示扫描线、量程刻线、字符、交联设备信息等；②模拟雷达脉冲调制信号、俯仰/横滚信号、脉冲重复频率及脉冲宽度信号、400Hz基准信号、各种增益控制信号等多项指标的循环检测；③模拟雷达天线扇扫、圆周扫描及俯仰运动；④模拟雷达的故障分析及训练考核。

3　模拟器硬件设计

3.1 系统组成

雷达综合训练模拟器硬件主要由模拟雷达、10/100M自适应集线器（HUB）、教员工作台及学

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中图分类号：TN215 文献标识码：A

1多技术融合的生命探测仪的研究意义

地震、滑坡、泥石流、雪崩等自然灾害已经严重影响和制约了人类社会经济的发展。21世纪以来，全世界已有约500万人死于各种自然灾害，8亿人生活受到影响，人类每年创造的财富约有10%被各种自然灾害吞噬。作为一个多地震的国家，我国本世纪已经发生多次强地震（近年来所发生的大地震情况分布及其所带来的灾难如表1所示）。我国与其他国家相比，在应对地震灾难方面显然还存在着许多不足之处。

面对如此频繁的地震灾害，当务之急是开发新技术新设备提高灾后紧急搜救的能力。因此，研究多技术融合的生命探测仪可以为灾后的救援工作提供有力的帮助。这对保护人民生命、体现以人为本、构建和谐社会、维护社会稳定具有重要意义。

2基于多技术融合的生命探测仪“SR”的设计原理

面对地震，虽然已经拥有了多种高科技的生命探测仪，但是事实证明各种探测仪器均存在一定的缺点。本文即基于现有探测仪的各种性能比较，设计一种全新的探测仪器――“探命蛇”（Snake Robat，简称“SR”）。

2.1简介

“SR”作为一种需要在废墟中搜救生命的先进仪器，它具有蛇一样的外形，是一种融合了先进的红外线光感技术和雷达声波技术，可对灾后地区实行搜救的探测工具。

2.2主要构成

2.2.1蛇皮――铬金属的融合

铬是“SR蛇皮”的主要组成成分。据现有资料分析可知，铬（也可叫可多米）镀在金属上可以防锈，既坚固又美观。而且，铬具有很高的耐腐蚀性，在空气中，即便是在炽热的状态下，氧化也十分地缓慢，且不溶于水，其质硬而脆，是坚硬“铠甲”的不二之选。

2.2.2蛇形――精巧的设计

此外，为了便于在乱石缝隙中穿梭自如，“SR”的体型应尽可能的小。这就对其内部的零件设计有了很高的要求（做到“麻雀虽小，五脏俱全”的地步）。它的主体非常柔韧，像是通下水道用的蛇皮管，能在瓦砾堆中自由扭动。

2.2.3蛇眼――光感与视频技术的融合

“SR”的头上装有一个微型的生命感应器，主要是利用光反射进行生命探测生成清晰的图像以供搜救人员探查废墟中的具体情况。它的主要功能是，随时随地都能感受到微弱的生命迹象。

2.2.4蛇耳――扩声器的运用

“SR”头部两侧还有一双十分小巧玲珑的“耳朵”――扩声器，目的是用来“倾听”十分微弱的呼吸频率和心跳。

2.2.5蛇信――电磁波与雷达技术的融合

“SR”的“蛇信子”采用以电磁波探测为媒介，探测呼吸、心跳所引起的人体体表微动，进而提取所需的生命体征参数，并判断有无生命体存在的超宽谱生命探测雷达。

2.2.6蛇身――视频与音频以及通讯技术的融合

“SR”身体里“隐藏”着的微型摄像头和话筒将伤员情况传达给外界，这样，搜救人员就能通过电脑监控视频了解到废墟之中的情况甚至于与伤员进行简短的通话。为了保证不受震后网络瘫痪的干扰，“SR”采用的通讯技术是Zigbee技术。

3可行性及设计优势分析

“SR”铬金属的融合使得其具有坚硬的外壳，又不失柔韧，在取材上实现了创新。呈“蛇身”的形体，使得在瓦砾碎石中行动自如。

由微型的生命感应器组成的“蛇眼”探头，可深入极微小的缝隙探测，准确发现被困人员，其深度可达几十米以上，特别适用于对难以到达的地方进行快速的定性检查。相对于现下的热红外线探测仪来说，“SR”结合了先进的光反射技术，夜视功能更强、探测距离更远，微小的体型，携带便捷，克服了热红外线探测仪行动不便的缺点。

“SR”的“蛇信”汲取了超宽谱生命探测雷达技术的精髓，具有发射脉冲极窄、高距离分辨率、穿透能力强和较好的抗干扰能力等优点，避免了声波探测仪容易受周围宽频噪声影响大的弊端。且结合了电磁波技术，能够利用光的干涉、衍射、偏振.在全息投影技术中使人们视觉上看到立体影像，再加上“蛇身”里隐藏的CCD微型摄像头，具有体积小重量轻，功耗小，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；灵敏度高，动态范围大；响应速度快，生产成本低等特点。还采用了三维激光扫描系统，图像采集的分辨率不低于680-480，测量精确、范围广，大大提高了搜救的准确度。

“蛇耳”部分的扩声器与隐藏在“蛇身”中的话筒相结合，不仅可以使外界“听到”废墟中虚弱的呼救声，而且可以与伤员进行简短的通话，在实行有效施救时可安抚伤员情绪。

而所采用的Zigbee通讯技术组成的是一种低速率的无线区域网，具有结构简单、成本低廉并且网络容量大等优点，其数据传输可靠、通信范围广，适合于在复杂的巷道结构中及时与救援人员取得联系，执行监测和搜救任务。

4总结

本文通过对生命探测仪技术相关的一些学术论文的研读，并经过一定的研究探讨，在一些先进技术的基础上，针对现有最具代表性的生命探测仪的优缺点，构想出以上一款多技术融合的生命探测仪“SR”。笔者认为，灾难带给我们的思考并不仅仅是上述的一个“SR”的构想，更应该值得我们永久地去探究未来的高深科技。

参考文献：

[1] Narayanan Ram G Lakshmi，Ibeb Oliver C.A joint network for disaster recovery and search and rescue operations[J].Computer Networks，2012，56：3347-3373.

[2] YAROVOY A G，LIGTHART L P，MATUZAS J，et al.UWB radar for human being detection[J].IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine，2006，21（11）：22-26.

[3] MAAREF N，MILLOT P，PICHOT C，et al.A study of UWB FM-CW radar for the detection of human beings inmotion inside a building[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2008，47（5）：1297-1300.

[4] 赵琳，迟永刚，李红梅.可用于生命探测雷达的TEM喇叭天线设计[N].哈尔滨大学学报，2013，05（45）.

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引言

在科学研究和工程中，很多观测信号可以看成是不可见的源信号的混合，这意味着源信号和传输信道都是未知的，仅仅由观测信号对未知的传输信道和源信号进行估计的问题称为盲源分离（Blind Signal Separation,BSS），所谓“盲”是指（1）源信号不可观测；（2）混合方式未知。硕士论文，自然梯度算法。BSS技术是当前信号处理领域的一个热点研究问题，在生物医学信号处理、军事雷达技术、通信信号处理中有着广泛的应用[1-3]。硕士论文，自然梯度算法。

在Amari[4]的自然梯度算法中，步长的选择对算法的稳定性和收敛速度有着非常重要的影响。步长越大，算法的收敛速度就越快，但同时会引起算法的稳态失调；步长越小，算法的稳态误差就越小，但同时收敛速度变慢。本文算法在迭代过程中，适时对步长进行优化，使得算法在保证稳态误差的情况下收敛速度大幅提高。

1 线性混叠盲源分离模型

假设有n个相互统计独立的未知源信号，经过未知的传输信道后获得m个观测信号,写成矩阵形式为：

（1）

即，该模型称为盲源分离的线性混叠模型，称为混叠矩阵或者传输信道，t为时间指标。硕士论文，自然梯度算法。盲源分离的任务就是在源信号和传输矩阵A均为未知的情况下，仅仅由对源信号作出估计，通过学习，寻找一个满秩的分离矩阵W使得各分量之间尽可能的独立，依此作为对源信号的一个估计。若全局矩阵[5]的各行各列只有一个元素接近于1，其余的元素皆接近于0，此时估计信号是源信号的一个拷贝。硕士论文，自然梯度算法。

2、Iformax[6]（information maximization）盲源分离算法

Informax算法采用信息传输极大准则，通过调整分离矩阵使得非线性输出与网络输入之间的互信息最大：

图1 Informax 算法原理图

由信息论知识：

（2）

边缘熵： （3）

微分熵： （4）

得到代价函数：（5）

与分离矩阵无关，优化代价函数为：

（6）

即算法通过调整通过调整分离矩阵，使得(5)式极大。

采用自然梯度算法搜索代价函数（5）的极值点：

（7）其中： （8）

第个分量：（9）

称为激活函数，是对源信号的概率密度函数的近似估计。硕士论文，自然梯度算法。

3、改进的自适应步长算法

在信号分离的初始阶段，由于信号之间的强相关性，算法需要使用较大学习速率，以加速信号的分离，到了算法的后期，需要跟踪分离出来的信号，同时还需要捕捉未分离出来的信号，此时较小的步长可以满足需求，以分离出剩余的信号。硕士论文，自然梯度算法。算法收敛时满足：

（10）

计算过程的迭代式为[4]：

（11）

当（9）式成立时，算法的迭代式满足：

（12）

由（11）式可以看出，当[7]取值较大时，则信号分离情况较差，需要较大的步长，算法趋于收敛时，取值趋于0。所以可以依据取值大小调整步长。现有定义如下：

（13） （为源信号个数）（14）

（15）

综合（10）(11)（12）（13）（15），本文的自适应步长算法可以描述为：

（16）

令，设置小的正数，当时算法收敛。

4、计算机仿真

随机选取混合矩阵，两个语音信号为：

图2：源声音信号图

Fig2:Sourcespeech signal

混合后的信号图像为：

图3：混合声音信号

Fig3:Mixture speech signal

还原后的信号图像为：

图4: 还原声音信号

Fig4: Recovery speech signal

串音误差曲线图[8]为：

图5：串音误差曲线图

Fig5: Crosstalk error

5总结：

本文在对自然梯度算法进行分析的基础上，提出了算法迭代过程中步长适时调整的依据，在加快算法收敛速度的同时兼顾稳态误差，通过计算机仿真，本文算法的收敛速度明显优于原算法，且稳态误差较小。

参考文献：

[1]张贤达，保铮.盲信号分离.[J]电子学报，2001，29(12):1766一77.

[2]CardosoJF.Blindsignalseparation:statisticalprinciples.ProceedingofIEEE.[J],86(10):2009-2025,1998.

[3]E.OjaThenonlinearpcalearningruleinindependentcomponentanalysis.[J].NeuroComputing,17(1):25-46,1997.

[4]SAmari.NaturalGradientWorksEfficientlyinLearning.[J].NauralComputation,10,251-276,1998.

[5]CardosoJF.Blindsignalseparation:statisticalprinciples.ProceedingofIEEE.[J],86(10):2009-2025,1998.

[6]RLinsker.Self-organizationinaperceptualnetwork.Computer,[J].21:105-117,1988.

[7]一种改进的步长自适应EASI算法。[J].舰船电子工程，2006，（2），P137

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中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-0086-02

1 概述

近年来，我国国防事业快速发展，雷达信号处理领域人才需求不断增加。因此，为以雷达研究、生产为主要任务的国防单位培养优秀人才成为了许多高校的一项紧迫任务。在众多雷达技术中，成像技术将传统雷达中的“点”扩展为了二维图像，使雷达具备了如同光学照相机一样的测绘功能，是雷达技术发展的里程碑[1]。因此，近二十年内我国多家研究单位纷纷展开了相关研究，极大地推动了此项技术的发展。在这种背景下，许多高校纷纷开设了《雷达成像技术》这一具有鲜明国防特色的专业课程。该课程主要内容为合成孔径雷达（SAR）成像所涉及的原理、数据采集、信号处理等，通过这一课程的学习，可以使学生初步掌握SAR这一体制雷达的基本原理以及常用的信号处理方法，为进行深入的研究打下基础。

《雷达成像技术》课程体系的内容主要包括匹配滤波器技术、合成孔径原理、雷达成像原理、雷达成像算法等几部分[2，3]。在雷达成像的教学和研究中，合成孔径原理以及雷达成像原理具有专业性、理论性强的特点[4]，需要学生不仅具有扎实的信号处理基础，还需了解雷达原理的部分内容，这一点也是很多学生在该课程学习过程中信心不足的原因；同时、各种雷达成像算法涉及的信号处理流程极为复杂，抽象性很强，学生难以全面掌握该项技术。因此，作者在该课程教学实践的基础上，提出了五点提高教学质量的建议，包括第一节课的安排、课堂互动讨论、加强实验环节、定期综合实践和期末理论升华，这五点建议相互补充、能够达到推进学生对雷达成像技术的理解，并最终运用该项技术的教学目的。

2 《雷达成像技术》教学实践存在的问题

作者在该课程的教学实践过程中，发现现有《雷达成像技术》课程的教学环节存在以下问题：

1） 学生学习兴趣不高。

“雷达”一词所带有的浓厚军事、国防色彩使得该课程具备很强的专业性，且雷达与无线通信课程中手机、对讲机等事物相比，生活中并不常见；加之飞机、卫星等遥不可及的雷达搭载平台，使得学生觉得该课程和自己的生活相距甚远，容易产生“不知为何为学”的观点，直接导致学习兴趣下降。

2） 学生处于被动接受知识状态，易产生厌学情绪。

当前《雷达成像技术》课程的课堂教学，仍然以传统的教师讲授的为主，学生处于被动接受知识与理论的状态。然而，雷达成像自身就是一项理论性极强的技术，如进行雷达回波信号建模和雷达成像算法部分内容讲解时，不可避免地要遇到大量数学推导，当整版枯燥的数学公式摆在学生面前时，厌学情绪自然容易滋生。此外，由于该课程理论前后联系紧密，环环相扣，一个环节学的不扎实，就会直接造成此后内容理解的困难。这些都会再次降低学生学习的兴趣与积极性，导致教学效果下降。

3） 课堂内容陈旧，显著落后于学科前沿科技。

当前《雷达成像技术》选用教材中大部分内容的共同特点即为技术成熟但理论陈旧，如80年代提出经典RD成像算法，90年代提出的Chirp-scaling成像算法等。事实上，雷达成像在学术界一直是近年来的热门技术，许多新算法、新概念层出不穷。对雷达成像及雷达信号处理领域学科前沿技术缺乏了解，直接导致了学生创新思维不活跃，难以突破现有理论，获得创新性的成果。

3 提高《雷达成像技术》教学质量的五点建议

针对上节提出问题，作者在该课程教学实践的基础上，提出了五点提高该课程教学质量的建议。

3.1 上好第一节课，充分激发学生兴趣

与其他传统课程相比，《雷达成像技术》的第一节课尤为重要，是建立学生学习信心、培养兴趣、激发热情地关键一步。针对该课程专业性极强、内容抽象的特点，授课者应在第一节课安排具有极强冲击甚至震撼效果的内容。与其照本宣读地介绍SAR的分辨率能够达到哪个数量级，不如直接给学生展示一些高分辨率SAR图像，如图1所示的SAR图像，且所展示的图像最好是授课者自己的科研成果。由于现阶段国内高校这一课程的教学者绝大多数同时为SAR技术的研究者，故这一步并不难完成。同时，授课者要善用比喻与类比，将雷达、雷达成像过程与日常生活中的事物巧妙联系起来，如，将雷达成像与光学照相机作对比，从各个指标进行比较，最终得出“雷达是一个很昂贵的高分辨率照相机”结论，通过这种方式可以逐步揭开雷达神秘的面纱，拉近与广大在校学生之间的距离。

图1 雷达图像

3.2 课堂互动讨论

《雷达成像技术》课程的学习重点是雷达成像过程的理解，雷达成像算法的掌握及应用，在课堂教学过程中，学生厌学心理的主要来源即为大量的理论分析、数学公式推导。因此，如何改变原有的学生被动接受模式，避免填鸭式授课，让学生真正参与到知识的传播中来，是授课者提高课堂质量的关键步骤。作者认为，教师的讲授时间不应占据整个课时，应适当在每节课留一些时间给学生，如在上课的前10分钟，让一些学生通过讲解的方式引导大家复习与总结，这样即可以巩固之前所学知识，同时对新的知识也起到预习的作用。此外授课过程中的节奏也要合理把握，尽量采用一些巧妙的方式避免连续不断的讲解和大量板书，同时，要及时的针对复杂内容提出一些具有启发效果的问题让学生回答，这样既能够让学生更深入理解内容，又能够达到集中注意力的目的。

此外，在每一部分知识点学习结束后，应安排一节专门的讨论课。由教师确定主要议题，但要以学生为主角，自由发言，谈对课程的理解，分享新观点。教师最后对学生发言进行评论，梳理该部分内容的核心理论、关键技术，从而实现进一步加深学生理解的目的。

3.3 加强实验环节

由于课堂教学侧重于理论理解，属于“纸上谈兵”阶段，学生对课程知识的认识很容易随着时间的推移而慢慢消退，难以转化为实用的技术。因此，作者认为，实验环节是该课程的重中之重，教学者应给予足够重视。受一些条件的限制，目前该课程的实验基本以点目标的仿真为主，即在MATLAB软件平台上，将仿真的雷达回波数据通过成像算法变为清晰的点目标。针对这一方法，作者认为可以采取两点改革。第一，实验平全可以不拘泥于MATLAB，而是让学生自己选择熟悉、感兴趣、擅长的平台，如C平台，IDL平台等，这样可以充分发挥学生自身的特长，提高效率；第二，点目标仿真的模式虽然能够很严谨的验证成像算法，但适当的加一些场景仿真，会更有利于学生学习兴趣的提高，在条件允许时，授课者如果能够提供一些实测的SAR数据，让学生通过自己的努力得到真实雷达图像，显然对学生自身的提高更为有利。

3.4 定期综合实践

“实践是检验真理的唯一标准”。经过一段时间的学习后，学生虽然能够对各种雷达成像算法较为熟悉，但对整个雷达成像理论的物理过程仍缺乏完整、深入的认识。学生们往往无法确定各类成像算法之间的本质联系、算法性能之间的差异、具体的算法的应用条件等，更不用说自己去设计成像处理流程了。因此，必须通过实践强化，加强学生对成像技术理解，实现理论到技术的真正转化，使学生具备自主设计成像信号处理流程的能力。授课者可设定成像所需达到的性能指标（如分辨率、运算效率等）以及雷达系统指标（如载频、脉冲重复频率等），让学生自己选择与设计成像算法，并将不同学生算法所得结果进行对比讨论，从而使学生对各种算法的优势与缺陷印象更为深刻，对雷达成像理论理解更为全面。

3.5 升华理论，引导创新

经过一个学期的学习，学生对雷达成像技术有了一个比较深入的理解。但是，由于国防科学技术的迅猛发展，雷达成像课程所授知识已近显著落后于学科前沿。为了让学生了解学术前沿，学期末时，应指导学生撰写一份该课程的技术报告。其中，调研、查新过程应由教师进行指导，使学生能够获取大量最新资料。此后，应引导学生对资料进行总结归纳，并阐述自己的认识和理解。对于在学习中表现出很强创新能力、对理论有独特见解的学生，还可以进一步指导他们撰写相关学术论文，申请相关专利，促进本学科的发展。

4 结束语

本文针对《雷达成像技术》教学过程中存在的若干问题展开研究，结合作者自身教学实践，提出了五点提高该课程教学质量的建议。实践结果表明，建议中的方法不仅能够显著提高学生对该课程的理解程度，改善学习效果，还能够引导创新，为学科的长久发展提供基础。

参考文献：

[1] D. A. Ausherman， A. Kozma，et al.Developments in radar imaging [J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1984，20（4）：363-399.

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1.引言

在雷达系统应用中，发射系统功率增大意味着具有更远的作用距离。因此，提高发射系统的输出功率对雷达系统性能的提高至关重要[1]。

随着半导体材料和制造工艺的进步，人们在固态微波器件领域取得了突飞猛进的进展，单个功放器件输出功率逐渐增加，但是单个固态功放输出的功率仍然难以满足系统的需要[3]。因此采用功率合成技术提高输出功率以满足系统功率需求就成为一种非常有效的解决方法，在目前雷达系统中得到了广泛使用。

在功率合成器设计中，功率合成器插损、通道间相位不一致性、幅度不一致性会影响合成效率。相对于电桥结构，Wilkinson功分器在幅度一致性，相位一致性的性能上具有明显的优势[4]。

因此在本文中，采用三级Wilkinson并馈结构，设计了一款L波段功率合成器，工作频段1.2GHz-1.4GHz，输出端口反射系数S11

2.原理分析

2.1 归一化Wilkinson功分器奇偶模分析[5]

对于偶模激励，没有电流流过隔离电阻，因此不产生作用，可认为r/2阻值0Ω接开路。如图1所示：

图1 归一化的Wilkinson偶模电路

则从端口2向里看阻抗为：

Zine= （1）

这样，若Z=，则对于偶模激励端口2匹配。

对于奇模激励，沿着Wilkinson功分器的中线是电压零点，如图2所示。

图2 归一化的Wilkinson奇模电路

端口1短路经过传输线为开路，因此，从端口2看向功分器，为r/2，这样，选择r=2，奇模端口2匹配。电阻将奇模的功率吸收，而没有反射回端口2，从而使端口2匹配。

通过以上分析，Wilkinson功分器在单频点上可以达到3个端口完全匹配。

2.2 匹配电路加宽合成器工作带宽

由于色散效应，造成了功率合成器有一定的带宽。50Ω经过特性阻抗50Ω电长度传输线后阻抗为：

Z=50×=50 （3）

由于在中心频率f0为，因此Wilkin-son功分器输入端口阻抗可表示为：

Zin=Z/2= （4）

Wilkinson功分器输出端口阻抗可表示100Ω经过特性阻抗50Ω电长度传输线后的阻抗：

Zout=100×= （5）

由公式（4）可推导出理论上单个Wilkin-son功分器S11

图3（a） Wilkinson功分器输出端口阻抗

图3（b） Wilkinson功分器输入端口阻抗

图3（c） Wilkinson功分器输入端口经过阻抗匹配后的输入阻抗和Wilkinson功分器输出端口阻抗

为了展宽带宽，本文在第二级和第三级之间加入匹配电路，使第二级两路合成器输出阻抗（Wilkinson功分器输入阻抗）和第三级2路合成器输入阻抗（Wilkinson功分器输出阻抗）接近共轭匹配如图3（c）所示。以实现8合1功率合成总输出端口驻波指标。

由图3（a），图3（b）功分器输入阻抗和输出阻抗经过匹配电路得到图3（c），匹配电路长度接近，并且需加入了一定的阻抗变换。

3.8路功率合成器的设计

通过上述理论得到的8路合成器如图4所示，采用Taconic公司RF-35板材，物理尺寸为280mm×85mm。空气腔高度为15mm。

图4 8路合成HFSS模型

图5 8路合成器输出端口反射系数

图6 8路合成器输入端口反射系数

图7 8路合成器插损

图8 通道间相位差

最后8路合成器输出端口反射系数如图5所示，在工作带宽1.2GHz-1.4GHz，输出端口反射系数S11<-25dB。

由图6可知，工作带宽1.2GHz-1.4GHz内，输入端口反射系数小于-20dB，一般当输出端口接的负载驻波小于2时，功放仍然能正常工作。此指标保证了当有功放损坏时，不会导致其他完好功放也损坏。

由图7、图8可知插损平均为-9.33dB，幅度不一致性

4.总结

本文应用并馈结构和Wilkinson功分器实现8路合成，保证相位和幅度的一致性。由于不加匹配时，8路合成器带宽窄，达不到指标要求，本文通过在第三级和第二级Wilkinson功分器之间加入匹配电路保证工作频带内输出端口反射系数较小，极大改善了因反射导致的插损，提高了合成效率，设计了一款性能良好的8路合成器。

参考文献

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[3]徐建华，蔡昱，汪珍胜，钱兴成.Ka波段100W固态功率合成器[J].电子与封装，2010，10（9）.

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[7]袁孝康，王仕[等.微波功率晶体管放大器[M].北京：人民邮电出版社，1982.

作者简介：

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中图分类号：U456 文献标识码：A

随着经济实力的增强，交通运输事业的重要性日益凸显，故我国加大了对高速公路的建设力度。隧道作为高速公路施工中的重点环节，对缩短公路里程、节约投资成本等都起到很重要的作用。由于在不同的地质状态下岩土的岩性等变化较大，在隧道施工过程中，对掌子面前方的地质条件和可能的地质灾害开展超前地质预报，将对隧道的正常施工和顺利贯通发挥举足轻重的作用。成功的预测促使施工及时采取应对措施，防范于未然。为了能更好地指导隧道的开挖工作，采用地质雷达对掌子面前方的地质状况进行预报就显得尤为重要。

一、地质雷达原理

地质雷达由一体化主机、天线及相关配件组成。它是利用高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的。地质雷达属电磁波探测技术中的一种。它通过发射天线向测试面前方发射宽频带短脉冲的高频电磁波信号，当电磁波遇到有电性差异（介电常数、电磁导率等）的界面或其它目标体（如围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况）时，就会发生反射、绕射等电磁波特有现象。根据这些特点，我们通过接收天线拾取响应信号，并记录到计算机上，依据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可获得测试面前方不同电性体的分布特征，通过反射波双程旅行时间，可计算前方分界面或目标体的深度。

二、地质雷达应用方法

（一）雷达主频选择。

由于雷达的天线型号与中心频率的选择是一一对应的，在进行地质雷达测试时。地质预报为简化操作，减小施工干扰，一般只需要100MHz的屏蔽天线，但地质雷达100MHz的天线实际测试有效距离是5～30m，也就是说前5m是个模糊区，这在现实中是不容许的，所以我们可以有两种选择，一种是采用100MHz的天线和400MHz的天线共同来完成测试；另一方法为只用100MHz天线测试，但是前后两次测试需搭接上5m，实际每次测试距离根据实际情况再定。

（二）地质雷达测试方式选择。

在采用地质雷达进行隧道超前预报的过程中，一般采用点测试和线测试相结合的方式。点测试即选择掌子面的一个平整面上将天线贴平，采用雷达接受数据，完成一次点测试。布点时尽量考虑所布的点的数量及位置能够覆盖到所测得整个掌子面。线测试也叫连续测试，它是将天线竖立于从掌子面左侧离地一米处，从左到右匀速平移至右侧，即完成一次测试。

由于掌子面受爆破情况等因素影响，多出现凸凹不平的情况。线测试因条件不允许，不可能有均匀的走线和平整的面，所以很多时候可能与掌子面贴不实，所采集的数据有时由于脱空而发生失真。点测试由于所需要的空间相对较小，每次测试可以预先找到一个较为平整的面，使测试效果较好，但过少的点测试结果会有一定的误导，没有对比性和对岩溶体形状的描绘。所以在测试时，一般采取点测试和线测试相结合的方式综合分析，相呼应正。

三、工程实例

岑溪大隧道位于广西自治区岑溪市，我方采用了美国劳雷公司SIR-3000型地质雷达进行超前地质预报。根据具体的地质地形情况调整测试距离，为隧道顺利开挖提供保障。

如在岑溪至水汶高速公路的岑溪大隧道左线进口DK7+484～DK7+509段进行的地质超前预测工作中，我方通过对得到的地质雷达数据进行了后期分析结合现场环境的考察，我们预计DK7+496～DK7+509测段围岩主要为中风化混合岩，以碎裂状为主，围岩较破碎，存在夹层，含水量较大，整体稳定性一般～较差。实际开挖过程中DK7+498～DK7+509段围岩破碎，局部存在夹层，涌水方式主要为线状出水，含水量较大，与实际情况相符。

四、地质雷达技术目前所存在的局限性

鉴于地质雷达预报法是根据分析由仪器所测反射波形并结合经验来推断掌子面前方的地质情况的，本身有局限性：

1、多解性：即对于同一种围岩采集的波形有多种不同的“解释”，什么样的解释和实际情况相吻合，技术人员的工作经验十分重要；

2、围岩复杂性：由于围岩本身的物理特性十分复杂，如两种围岩的介电常数较为接近时，容易引起误判；

3、施工现场环境的干扰性：由于施工现场各种环境因素较为复杂，往往存在会对雷达信号造成不同程度的干扰的因素，而这些因素在实际情况下通常是不可或难以及时消除的。因此，由于干扰源的存在所造成的误判也是存在的。

五、结语

随着地质雷达检测技术的不断完善和发展.地质雷达检测技术必将成为保证隧道施工质量和安全的必不可少的重要环节。我们应不断总结经验，使其更好地为工程建设服务。

（作者：李森森，长安大学公路学院岩土工程专业2010级硕士研究生；赵蓓蕾，陕西西安长安大学公路学院）

参考文献：

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中图分类号：P415.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0083-02

Abstract：This paper introduces the working principle of transmitter system on new generation C-band doppler weather radar-714CDN-K.Aiming at a failure on the transmitter system， a detailed analysis and fault location are carried out. Then， its failure maintenance is researched and pointed out. This paper analyses from three aspects： power channel， control channel， signal channel，achieving the fault location and maintenance successfully. This case analysis provides reference for radar equipment maintenance personnel， helping them eliminate failure in short time and ensuring normal operation of the radar.

Key words：714CDN-K； transmitter； analysis； fault location and maintenance

1 引言

714CDN-K型天气雷达属于C波段全相参多普勒天气雷达，架设在机场周边，能及时提供各区域准确的各种常规天气预报和特殊天气预报，保证飞机起飞、着陆和航行的安全。在民航气象应用中，是复杂天气下保障飞行安全的重要设备之一，为航空气象人员和航空管制人员在复杂天气下保障飞行安全提供了重要的依据[1]。

雷达发射机系统是雷达系统重要的分系统，由于机内大量器件长期工作在大电流、高电压环境下，相比其它分系统更容易出现故障。本文从发射机系统原理入手，详细从电源通道、控制通道、信号通道分析一次发射机故障，实现故障定位与维修。

2 系统基本工作原理

714CDN-K型天气雷达发射机系统采用全相参体制，固态射频功率放大器推动高增益速调管构成主振放大式发射机。发射机系统由回扫电源、可控硅、速调管、功放、灯丝电源、钛泵电源、偏磁电源、风冷系统、监控分机等组成，其组成框图如图1所示[2，3]。

高功率电源对380V的交流供电进行整流，经过LC滤波形成回扫电源工作所需的510V直流电源。回扫电源在充电脉冲的控制下通过充电二极管对人工线充电，当有放电脉冲时，人工线上储存的能量通过SCR变压器放电，在脉冲变压器上形成速调管所需的脉冲波形。同时由频率综合器提供的的射频激励信号在经过可调衰减器和功放放大后送至速调管，再通过调节可调衰减器使速调管达到最佳激励状态。偏磁电源为速调管提供聚焦磁场，钛泵电源保证速调管内真空度，灯丝电源提供速调管所需的灯丝脉冲[4，5]。

3 故障现象

雷达实时回波突然消失，检查雷达数据采集监控软件，各模块状态灯均正常，但机载功率计上发射机发射功率为0KW，开高压工作时没有听到刺耳的高压声音，初步判断为发射机故障。检查发射机系统所有分机，发现整流分机600V量程的直流电压表始终处于满偏状态。

4 故障分析与维修

发射机故障可能是内部元件故障，也可以是电源故障导，或者是激励信号源异常导致。由于可能性多，一般按照从源头向故障部位方向逐一检查原则进行排故，但是这种方法效率低，需要耗费大量时间。本文引入雷达三通道研究方法，即从电源通道、控制通道、信号通道来快速定位故障、维修故障。

4.1 电源通道检查

电源通道检查，首先要明确发射机系统包含哪些电源，如UPS输入主电源，调制机柜中高功率电源、回扫电源，高频机柜中功放电源、灯丝电源、偏磁电源、钛泵电源、风冷电源等。再通过电表表头或仪表检查电源是否在正常范围内。

市电经过UPS处理后，输出A、B、C三相220V电至雷达主电源柜，通过空气开关、熔断器后送入雷达机内供电，测量三相电压均为220V，正常。功放将频率综合器送出的微波射频信号进行放大，然后送至速调管，如果功放电源不正常，则会导致功放不能够正常工作，进而速调管缺少必要的激励，也不能够正常工作，测量功放源为12.1V，正常。钛泵电源为钛泵提供工作电源，保证速调管在工作时内部的高真空度，减少管体发热量，延缓速调管使用寿命，从电流计表头上读取钛泵电源为3100V，10μA，正常。偏磁电源和灯丝电源均是为高变比脉冲变压器提供电源，从电流计表头上看到灯丝电源电压为180V，灯丝电流为0.6A，偏磁电源电压11.74V，偏磁指示灯为绿色，均正常。整个发射机仅有高功率电源异常，电压表头为满偏状态，而正常值为510V。整流分机电路原理图如图2所示。

整流分机基本工作原理：来自配电箱的三相电在软启动延时后，经过熔断器、继电器、SQL14-10高速三相整流桥模块及其保护电路、熔断器、滤波稳压电路后输出510V的直流电。PV1为量程600V直流电压表。稳定的直流510V电直接输出送给充电控制分机。

雷达在加高压下，测量高速整流桥输入端，AC1、AC2、AC3均为220V交流输入，经过整流桥后，测量整流桥输出端，负极0V，正极数值不停跳变，怀疑整流桥故障。取出熔断器FU4，断开负载，再测量整流桥输出负极0V，输出正极510V，正常。因此确定导致表头满偏故障在负载端，负载为电容、电阻组成的RC滤波电路，未见异常，而熔断器是连接负载的桥梁，测量熔断器电阻为3MΩ，正常值为10Ω，出现不完全熔断，更换新的熔断器后整流分机直流电压表头恢复正常，电源通道故障排除。但是加高压后，雷达仍然不能够正常工作，需检查另外两个通道。

4.2 控制通道检查

雷达发射机控制通道繁多，如控制充电、放电的充电脉冲、放电脉冲，控制充放电时间的充电控制板，控制回扫电源能量转换到充电变压器次级的线性调器，控制微波链路输入的功放分机及其可调衰减器等。

首先检查雷达系统的定时信号，该信号输送给充电控制板，在板上生成1us或2us的定时信号，用示波器测量波形如图3，正常。

由于充控制板输入信号比较多，为了尽快定位故障，采用替代法，更换一块正常的充电控制板，给雷达加高压，故障未恢复。接着检查IGBT驱动板及IGBT模块，它们是控制雷达充电的大功率核心部件。图4为回扫充电原理图，V1、V2为IGBT模块，V1型号是SKM200GAR123D，V2型号是SKM200GAL123D。测量IGBT驱动板输入和输出端波形正常。

IGBT是MOSFET和双极晶体管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，拥有MOSFET易驱动和双极晶体管电压、电流大等优点。IGBT由栅极G的电压来控制开通或截止，当加上正栅极电压时，绝缘栅下形成沟道，MOSFET导通，为PNP晶体管提供了基极电流，从而使IGBT导通，当加上负栅极电压时，IGBT处于截止状态。它有三个电极，分布是G、C、E极，G极跟C，E极绝缘，C极跟E极绝缘。用万用变测量发现其中一个IGBT的C极和E极正反向电阻一致，可能被击穿，更换新的IGBT后，加高压雷达可以正常工作[7，8]。

4.3 信号通道检查

通过对雷达的发射机的电源通道和信号通道进行的检查维修后，高功率电源分机正常输出510V直流电源，脉冲变压器给速调管提供工作所需的功率。最后检查发射机信号通道是否正常。整个发射机的任务就是输出一个包络为1us或2us脉宽、功率为250KW左右的微波信号，因此直接使用示波器测量速调管输出信号包络波形和功率。在连接速调管输出端的波导管侧壁上耦合孔处加上30dB衰减头，实测23.91dBm，脉宽0.988μs，上升时间35ns，下降时间10ns，波形如下图5所示。耦合孔铭牌上写有5420MHZ对应30dB衰减，以此计算出发射机功率为83.91dBm，即246KW，信号通道检查正常。给雷达加高压，观察雷达回波正常。

5 结语

通过本次雷达发射机系统故障维修，进一步熟悉了发射机系统以及其内部核心模块的工作原理、功能、参数和系统整体信号走向。发射机系统故障复杂多样，平时维护中应主动进行防御性维护，做好灰尘清洁、参数记录、定期重启[9]。发生故障后，按三通道方法测量分析往往可以获得事半功倍的效果。

参考文献

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篇11

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

隧道混凝土衬砌是重要的支护措施，是隧道防水工程的最后一道防线，也是隧道外观美的直接体现者。隧道混凝土衬砌质量的好坏对隧道的长期稳定、使用功能的正常发挥以及外观美均有很大影响。隧道混凝土衬砌常见的质量问题有衬砌厚度不足、混凝土开裂、内部缺陷、混凝土强度不够、钢筋锈蚀和背后存在空洞、衬砌侵入建筑限界等。本文主要探讨一下隧道混凝土衬砌厚度检测的常用方法及地质雷达法在隧道混凝土衬砌厚度检测中应注意的技术问题。

二、隧道混凝土衬砌厚度检测常用方法

隧道混凝土衬砌厚度检测常用的方法有：冲击－回波法、激光断面仪法、直接测量法和地质雷达法。 1、冲击—回波法

冲击－回波法检测原理;是基于瞬态应力波应用于无损检测技术。利用一个短时的机械冲击产生低频应力波，应力波传到结构内部，被缺陷、构件底面反射回来，这些反射波被安装在冲击点附近的传感器接收下来，并被送到一个内置高速数据采集及信号处理的便携式仪器。将所记录的信号进行幅值谱分析，谱图中的明显峰正是由于冲击表面、缺陷及其它外表面之间的多次反射产生瞬态共振所致，它可以被识别出来并被用来确定砼结构的厚度和缺陷位置。

2、激光断面仪法 用激光断面仪法：激光断面仪的测量原理为极坐标法，以某物理方向（如水平方向）为起算方向，按一定间距（角度或距离）依次测定仪器旋转中心与实际开挖轮廓线交点之间的矢径（距离）及该矢径与水平方向的夹角，将这些矢径端点依次相连即可获得实际开挖的轮廓线。基于隧道激光断面仪能快速检测各类隧道界限（内轮廓线），并根据衬砌浇筑前的初期支护内轮廓线或围岩开挖轮廓线的检测结果实现自动数据比较，快速指导施工决策或验收。

显然利用该方法检测厚度必须满足以下条件：

(1)拥有衬砌浇筑前的初期支护内轮廓线或围岩开挖轮廓的实测结果，可作为衬砌外轮廓线的测试结果。

(2)衬砌背后不存在孔洞或离缝；

(3)必须将衬砌外轮廓线的测试结果与内轮廓线的测试结果换算至同一坐标系中。

3、直接量测法

直接量测法：就是在混凝土衬砌中打孔或凿槽，从而直接量测衬砌厚度。该方法是量测衬砌混凝土厚度最直接、最准确的方法，不足之处在于该方法具有破坏性，会损伤衬砌及复合式衬砌结构中的防排水设施。

目前常用的方法有两种：冲击钻孔取芯量测法和冲击钻打孔量测法。

(1)冲击钻孔取芯量测法

(2)冲击钻打孔量测法

4、地质雷达法

地质雷达法基本原理

地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。根据电磁波理论，当雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。发射天线将高频的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，被地下介质(或埋藏物)反射，然后由接收天线接收(如图1)。通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解释来探测目标体。由于地层或目标体深度的不同，反射波返回到地表的时间也不同，这样便可以形成以时间(t)代表不同的地层深度的地质剖面，称作雷达时间剖面。

计算公式如：

其中，x为天线间距，每次探测具有确定的数值，y为电磁波在介质中的传播速度，可以用共中心点法(CMP)现场实测，也可以根据经验数值获取，通过上式确定反射界面或目标的深度z。

在实际测试工作中，只要知道电磁波传播速度，将其输入计算机，并设置好初始点时值．计算机可通过雷达测试专用软件将记录的时间剖面自动转变为深度剖面，厚度界面即可通过人机对话方式生成。隧道衬砌厚度计算结果，既可以厚度剖面图形式输出，也可以各处厚度值数据形式输出。

三、地质雷达法在隧道混凝土衬砌厚度检测中应注意的技术问题

地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测，是一种采用高科技手段,以其高分辨率和高准确率,能快速、高效地进行无损检测的方法,在隧道工程质量检测中得到广泛的应用。但在检测过程中仍有一些要特别注意的问题，它将直接影响到其检测数据的准确性,以下就从几个方面 进行了探讨。

1、天线的选择

用于隧道检测常用的天线，其频率为400～ 1 000 MHz。选用天线时，应根据隧道衬砌设计的厚度及检测要求而定。如果建设方对厚度检测的精度要求较高，宜采用频率为900，1 000 MHz的天线，如果建设方不作具体要求，一般采用400，450，500 MHz的天 线。

2、 测线布置

隧道检测一般对拱顶、拱腰及边墙三大部位进行检测。准确地说，拱腰测线应布置在起拱线1 m范围内，边墙测线有二种情况：

①对直墙断面，应在边墙的中部和墙脚1 m范围内各布置1条测线；

②对曲墙断面，应布置在边墙脚1 m范围内。

目前由于受经费限制，无论是直墙断面，还是曲墙断面，一般只进行3条或5条线的检测，因此，在检测前作好计划，对每个检测部位都应做到均衡布置测线，使检测结果能够较全面地反应工程整体质量分布情况。

3、 里程标记

为了保证时间剖面上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，在隧道边墙上，每5或10 m作一个标记，标注里程以供核对，同时，应尽量使天线均速移动，即使是采用里程轮，也应对记录的里程与实际里程进行核对。特别是曲线隧道，边墙里程与线路不一致时，应进行相应修正，或应以隧道边墙里程进行分析，给出边墙里程与线路里程对照表。

4、现场数据采集

（1）采集参数的选择

现场测量开始前，应该对雷达的采集参数进行设定，最好在进入现场前在室内完成，进入现场后，可根据情况略加调整。参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，至关重要。

① 探测深度与时窗长度：探测深度的选取原则是既不要选得太小而丢掉重要数据，也不要选得太大降低垂向分辨率。一般选取探测深度H为目标深度的1.5倍。根据探测深度H和介电常数ε确定采样时窗长度（ns）为

range = 2H(ε)1/2/0.3 = 6.6 H(ε)1/2 （1）

时窗选择语应略有富余，宁大勿小。

② A/D采样分辨率：雷达的A/D转换有8， 16，24 Bit可供选用。对隧道检测，一般选择16，24 Bit。

③ 采样点数：扫描样点数samples/scan有 128，256，512，1 024，2 048 scan可供选用。为了保证高的垂向分辨，在容许的情况下尽量选大。对于不同的天线频率Fa，不同的时窗长度range，选择样点数samples应满足下列关系：

samples ≥ 10-8 range Fa （2）

④ 扫描速率（scans/s）：扫描速率是定义每秒钟雷达采集多少扫描线记录，扫描速率大时采集密集，天线的移动速度可增大，因而可以尽可能的选大。当扫描速率Scans／s决定后，要认真估算天线移动速度TV。估算移动速度的原则是要保证最小探测目标(SOB)内至少有20条扫描线记录：

TV ≤ scans SOB （3）

⑤ 增益点数的选择：增益点的作用是使记录线上的不同时段有不同放大倍数，使各段的信号都能清楚的显现出来，其位置最好是在反射信号出现的时段附近。时窗短时选2点增益，时窗长时选4或5。增益大小的调节是使多数反射信号强度达到满度的60 %～70 %，增益太大将造成削顶，增 益太小将丢失弱小信号。

⑥ 滤波设置：目的是为了改善记录质量。滤波分垂向滤波和水平滤波，垂向滤波又分高通和低通，高通频率选为天线频率的1/6，高于这个频率的信号顺利通过，相当于带通滤波器里的低截频率。垂向低通频率选为天线频率的2倍，低于该频率的波顺利通过，相当于带通滤波器里的高截频率。水平滤波分水平平滑和背景剔除，以消除仪器和环境的背景干扰。水平平滑通常取3道平滑，背景剔除功能只在回放时起作用。

⑦ 选择合适的采集方式：雷达的采集方式有连续采集、逐点采集、控制轮采集等。连续采集是最常用的采集方式，具有工作效率高的特点，便于界面连续追踪。逐点采集一般在表面起伏变化大的情况下采用，或是使用低频拉杆天线时采用。控制轮采集是通过控制论行走为记录打标记，资料位置标记均匀准确。

⑧ 选择适宜的显示方式：雷达显示是现场观察探测结果的只管展示，仪器预设了几个可供选择的彩色显示方式，可以根据不同对象选用，通过比较选择效果最好的方案。显示方案的振幅分成16等级，正幅值8级，负值8级。对16级的不同分法形成了3种显示方案：线性分割；平方根分割；按平方分割。在大多数情况下采用第一种方案，在要求突出弱信号时采用第二种方案，第三种方案在需要反映主要强反射界面时才采用。

5、雷达波速的确定

雷达波速是计算衬砌厚度的最重要参数。因隧道衬砌的施工及用料情况不同，混凝土衬砌和喷射混凝土中雷达的传播波速有一定的变化范围，因 此，现场实测雷达波速在衬砌中的走行速度是重要的数据参数。简单实用标定波速的方法是：在隧道衬砌上作雷达短测线测取衬砌与岩体交界面反射波走时Δt，再在测线部位打钻孔穿透衬砌，实际丈量衬砌厚度D（应作孔斜校正），反算出V与Er。

V = 2D / At;

（4）

E r = ( CO / V )2 ;

式(4）中 V为实测的雷达波速；D为衬砌实际厚度；Δt为实测反射时；CO为在空气中的雷达波速 30 cm/ns；Er为实测介电常数值。

如果无法钻孔，可根据隧道进出口明洞衬砌厚度与实测反射走时，计算出V，取平均值作为衬砌厚度计算的参数。

6、环境干扰和界面波相的参考记录

雷达现场探测时，为有效、可靠识别第一个界面反射波和区分环境干扰波，要将天线远离界面和靠近界面，向左和向右反复移动几次，第一个界面反射波走时会发生同步变化，后向的环境干扰波形会发生反向变化，将这些记录下来，以备资料分析解释时使用。

四、结语

近几年，隧道混凝土衬砌厚度检测方法有很多，但其中最常用的方法是地质雷达法，该方法已广泛应用于隧道混凝土衬砌厚度、背部的回填密实度、内部钢架、钢筋分布等隧道内部质量检测，在充分处理好地质雷达在隧道工程质量检测中应用的技术问题之后,将会使地质雷达在隧道检测中的应用得到更高层次的发展,以满足新建隧道质量检测和既有/运营隧道的技术状况检测的需要,使地质雷达检测成为我国的基础设施建设中质量控制不可缺少的检测方法。如与其它检测方法配合使用,地质雷达在隧道检测中将取得更好的效果,同时也能发挥该技术的最大潜力。

【参考文献】

[1]陈建勋.公路工程隧道试验检测技术.人民交通出版社2010.5

篇12

中图分类号：TN974 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0171-02

随着民航业的发展和壮大，民航安全问题便成为了重中之重，民航安全保障关系到每一个乘客的切身利益。但是，目前，科技的发展让无线信号变得日益多样和复杂，给民航雷达带来了很多干扰，在这种情况下，对于雷达有源干扰信号的自动识别就显得尤为重要。雷达有源干扰信号的自动识别应用在民航之中，能够提升抗干扰能力，在一定的程度上提高民航空管的安全系数。

一、雷达有源干扰信号概述

一般而言，可以将雷达有源干扰信号的作用原理分为两种类型，第一种是压制式干扰信号，第二种是欺骗式干扰信号。压制性干扰信号利用的是噪声的信号，或者是和噪声类似的干扰信号，让这种干扰信号和真实目标回波进行叠加，在这样的情况下，雷达受到有源信号干扰，很难从所接收的信号之中准确的检测到真实的目标信息，对于雷达的识别造成一定的影响。欺骗式干扰信号与压制式干扰信号有所区别，它主要是采用干扰信号的方式对于真实的目标回波信号进行模拟，这种模拟造成了一种真假混乱的效果，让雷达在接收的时候难以对于干扰信号和真实信号进行区别。这样的干扰信号在一定的程度上破坏了雷达对于真实目标的检测和跟踪的目的，起到了一定的干扰作用。

在有源干扰信号的干扰下，雷达有源信号的自动识别成为了雷达抗干扰的必要条件。一般而言，雷达抗干扰的流程如图1所示：

从流程图1中我们可以看出，干扰模式的识别是雷达进行干扰抑制处理的前提和基础，对于雷达有源干扰信号自动识别的重要性可见一斑。

而针对于雷达有源干扰信号类型的自动识别流程一般如图2所示：

由图1可知，雷达有源干扰类型的自动识别的第一步是针对于雷达所接收到的信号进行预处理，对于所接收到的信号的不同的特征进行归纳，这种预处理一般根据信号在时域、频域和其它变换域上的特征，并依据干扰信号呈现出的细微的特征，根据已经掌握的经验，对于这些特征和参数进行进一步的分析和处理，建立一个有效的有源干扰信号自动识别的参数数据库。当飞机将要采取行动的时候。根据雷达接收到的信号，结合数据库中的各个参数，联合已有的经验，综合使用统计判决树或者是模糊识别的方法，对于干扰信号的类型进行分类识别。对于干扰信号类型的自动识别对于之后的干扰抑制模块奠定了一定的基础，能够让这个模块在后续的时候选择相应的抑制算法。

二、压制性干扰的自动识别

压制式干扰的主要作用是采用噪声信号让雷达无法检测到真实的目标信息。压制性干扰信号的类型有阻塞式、瞄准式和扫频式干扰等多种。下面我们将以射频噪声干扰为例，阐释其自动识别的方法。

射频噪声指的是使用恰当的滤波器对于白噪声进行滤波，并通过放大器最终得到的有限频带噪声。这种噪声与白噪声有类似之处，其信号的形式如下所示：

T（t）=Un（t）cos[Wjt+？（t）]

由此可见，射频噪声的信号形式是窄带高斯过程。

射频噪声干扰情况下的时频显示出一下特征（图3）：

由上图我们可以看出，射频噪声干扰的时域上持续的时间很长，干扰信号超过门限的值也比较多。能够检测到干扰信号的通道也很多，干扰信号的分布比较平均。基于这些特点，我们可以设计针对性的自动识别方法。

首先，可以现对于信号进行一定的数字通道化的处理，如果在处理的过程之中发现持续的时间和功率都可以过门限，那么则可以初步判定这种有源干扰的类型是压制式干扰。

其次，在对于压制式干扰已经识别的基础之上，如果在检测中发现干扰信号谱宽能够覆盖住整个接收机频段，那么则可以确定其为射频噪声干扰。

三、欺骗式干扰的自动识别

欺骗式干扰的工作本质是利用和目标信号相似的、具有迷惑性的干扰信号对于真实的目标信号进行干扰，在欺骗式信号的干扰下，干扰信号作用于雷达的跟踪系统和检测系统终端，雷达无法准确的检测到真实的目标信号，无法真实的测量目标信号的参数，让雷达对于真正目标信号的检测和跟踪受到迷惑和扰乱。一般而言，常见的欺骗式干扰由截断相位编码信号产生多假目标欺骗干扰、由线性调频信号产生多假目标欺骗干扰、距离随机多假目标欺骗干扰，拖引干扰包括距离拖引欺骗干扰、速度拖引欺骗干扰、距离一速度拖引欺骗干扰等几种干扰类型组成。

在实际的操作中，可以通过截断二相编码信号的方式为干扰信号将其送回雷达接收机，将其进行脉压处理，这样就可以在雷达的终端形成假目标干扰。信号截断会让雷达最初发射信号时生成的脉冲压缩滤波器进行脉冲压缩处理。下面，我们将以N=13巴克编码信号和31位长度m序列编码信号为例，对截断二相编码信号送回雷达原始发射信号生成的匹配滤波器脉冲压缩输出进行仿真，仿真结果如图4所示：

从图4所示的仿真结果中，我们能够看出，干扰机能够将截断接收到的相位编码的雷达信号，并且将其送回。在雷达接收机的匹配滤波器实现了部分相关，可以获得一定的脉冲压缩增益。如果只是针对于前段进行截断，或者只针对于后段进行截断，那么生成的干扰目标的旁瓣的个数和幅度十分有限，而如果可以针对于前段和后段进行同时截断，则可以产生很多个干扰目标回拨信号。

根据上述研究，我们发现，由截断相位编码信号产生的多假目标干扰是针对相位编码信号进行截断产生的。因此，我们在进行识别的时候可以根据这一特点来进行识别方案的设计。首先，自动识别的前提是要搞清楚相位编码信号的瞬间频率特点，根据这一特点对于相位编码信号进行识别，将其是否为相位编码信号做出明确的判断。再此基础之上，可以通过对比检测到脉冲宽度值与雷达发射信号的脉冲宽度值，通过对比结果，若是检测到的脉冲宽度要比雷达发射信号的脉冲宽度值小的时候，可以将其自动识别为是由于截断相位编码产生的随机多假目标干扰。

民航空管安全至关重要，在电子发展的时代中，雷达设备的抗干扰能力也在不断的上升，自动识别应用航空之中，让雷达能够对于简单的信号复制难以形成欺骗式的干扰。使得干扰信号能够更加容易被检测出来。

结语

随着社会经济的发展，航空业也进入到了多元形态发展的时期，通用航空和低空开放发展迅速，雷达管制越来越重要。无线电的推广发展，使得对抗雷达有源信号的识别是航空安全中必不可少的环节。在这种情况之下，为了保障空管安全，提高空管雷达的保障能力，越来越多的人投入到雷达干扰信号的识别研究之中。因此，本文在这种情况下对于雷达有源干扰信号的自动识别的研究不仅丰富了已有的研究内容，也为今后民航空管雷达需求提出了要求，具有一定的理论价值。

参考文献

[1]常成.雷达欺骗式干扰检测与实现[D].上海交通大学，2009.

[2]武俊强.雷达有源干扰类型判别研究与实现[D].西安电子科技大学，2014.

[3]贾鑫，卢昱.一种实验型雷达干扰信号自动识别系统[J].现代雷达，1995，02：16-21.

[4]赵严冰，张国兵.雷达有源欺骗干扰的有效性分析[J].舰船电子对抗，2006，04：3-6.