基于探地模型的目标散射特性研究.pdf
《基于探地模型的目标散射特性研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于探地模型的目标散射特性研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、现代电子技术Modern Electronics Technique2023年11月1日第46卷第21期Nov.2023Vol.46 No.210 引 言探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)测试技术是利用高频电磁脉冲波的反射探测地下目标特征与分布位置的一种方法,在地质勘探、公路检测、管道勘探、地矿、铁道、考古勘察等领域有着广阔的应用前景1。我国在 2017 年研制成功并投入使用的 LTD2600 型探地雷达产品,其多项关键技术已达到世界领先水平2。但和发展迅速的硬件设备相比,探地雷达的图像解析和理论分析方面还没有实现成熟化和系统化。由于实际探测环境中存在各种干扰
2、源,如地面以上的物体产生的反射、地下复杂的介质情况,以及地下杂物、金属等引起的杂波,影响了探地雷达图像的解译精度和准确性,容易造成对真实探测情况的误判。以各种土壤、埋深等不同情况下的地埋目标散射特性为前提,能够有效地解决这一问题,准确地从探地雷达图像中提取目标体的结构基于探地模型的目标散射特性研究毛昕蓉,隋子琛,刘 健(西安科技大学,陕西 西安 710600)摘 要:以不同情况下的地埋目标散射特性为前提,能够准确地从探地雷达图像中提取目标体的结构信息。使用CST仿真软件上的时域求解器构建频率范围在0.53.5 GHz的脉冲体制探地雷达系统的目标散射仿真模型,并对不同传播介质、不同目标体与不同埋
3、藏深度的地埋目标散射特性进行电磁仿真模拟,预演了多种情况下探地雷达系统的探测过程。通过比较不同情况下探地模型的目标回波信号,得出结论:土壤含水会使地面反射增强,目标回波衰减不易识别;目标的尺寸改变对回波幅度有影响,对波形影响不大;当目标材质的电参数改变时,目标体回波波形变化明显;当目标与传播介质的电参数相差较大时,目标回波明显;随着目标埋深增加,目标体回波在时域上向后延迟,可以根据回波时间差计算目标体埋深。通过对仿真结果的分析证明该方法可靠有效,并且仿真过程简便,适用于不同情况下探地雷达的目标散射模拟。关键词:探地雷达;电磁仿真;电磁散射;地埋目标;散射特性;CST中图分类号:TN9534 文
4、献标识码:A 文章编号:1004373X(2023)21002305Study on target scattering characteristics based on ground exploration modelMAO Xinrong,SUI Zichen,LIU Jian(Xi an University of Science and Technology,Xi an 710600,China)Abstract:On the basis of the scattering characteristics of buried targets under different condit
5、ions,the structure information of targets can be accurately extracted from ground penetrating radar images.The target scattering simulation model of the pulse ground penetrating radar(GPR)system with frequency range of 0.53.5 GHz is constructed by the time domain solver on the CST(computer simulatio
6、n technology)simulation software.The electromagnetic simulation is carried out on the scattering characteristics of buried targets with different propagation media,different targets and different buried depths,and the detection process of the GPR system under various circumstances is rehearsed.By co
7、mparing the target echo signals of different ground exploration models,it is concluded that the soil moisture will enhance the ground reflection,and the target echo attenuation is difficult to identify.The size change of the targets has an effect on the echo amplitude,but has little effect on the wa
8、veform.When the electrical parameters of the target material change,the echo waveform of the target changes obviously.When the electrical parameters of the target and the propagation medium differ greatly,the target echo is obvious.With the increase of buried depth of the targets,the echo of the tar
9、gets is delayed backward in the time domain,and the buried depth of the targets can be calculated according to the time difference of the echo.The simulation results show that the proposed method is reliable and effective,and the simulation process is simple and suitable for target scattering simula
10、tion of GPR under different conditions.Keywords:GPR;electromagnetic simulation;electromagnetic scattering;buried target;scattering characteristic;CSTDOI:10.16652/j.issn.1004373x.2023.21.005引用格式:毛昕蓉,隋子琛,刘健.基于探地模型的目标散射特性研究J.现代电子技术,2023,46(21):2327.收稿日期:20230407 修回日期:202304262323现代电子技术2023年第46卷信息,提高探测性
11、能3。对地埋目标散射特性的研究需要构建出探地雷达系统的电磁仿真模型,并对地埋目标体电磁响应特性与场分布规律进行电磁仿真模拟,来预演探地雷达系统的探测过程。常用的电磁仿真软件有 HFSS4、GprMax5和CST6等。其中,CST是基于时域有限积分算法(FIT)的三维电磁仿真软件,其内置的时域求解器由于只需要输入一个时域脉冲就可以覆盖整个宽频带上的响应,更适合仿真时域超宽带问题。因此,可以将CST仿真技术与探地雷达测试技术相结合,利用 CST 仿真结果直观清晰、仿真过程简便、适用范围广等特点,来模拟实际电磁波的探测过程,为探地雷达的成像结果分析和复杂系统的设计提供理论依据。1 探地模型的目标散射
12、基础研究探地雷达地埋目标散射特性,可归纳为研究探地雷达的目标回波传播特性。传播特性与雷达天线的辐射特性、目标体的特征参数和电磁波传播介质的电特性有关。其中,地埋目标与传播介质之间的电磁散射特性的差异是地埋目标散射问题产生的基础78。探测地埋目标时经过的传播介质主要有空气、地面和土壤,电磁波在这些介质表面或内部会发生反射、折射、散射、损耗等现象。其中,土壤是具有导电性的电介质,是影响电磁波传播的主要因素,因为大量的离子、电子等粒子存在于自然界的水中,使水的电导率增大,电磁波在含水的土壤中传播时会产生较大的传导电流,对高频段的电磁波造成严重的衰减910。表 1 比较了 3 种典型土壤(沙土、粘土和
13、红土)在干燥、湿润两种状态下的电参数(介电常数、磁导率和电导率)。可以看出,随着土壤含水率的增大,沙土的介电常数由原来的2.53急剧增加到13,增大了将近 7倍;湿沙土的电导率也比干沙土提高了几个数量级。表1 典型土壤的电参数土壤介质干沙土湿沙土干黏土湿黏土干红土湿红土介电常数/(F/m)2.53132.40157.8014磁导率/(S/m)111111电导率/(H/m)3.6 10-30.292.7 10-40.052.5 10-30.03不同的回波信号在时域上线性叠加,表达式如式(1)所示:f(t)=o(t)+r(t)+s(t)+n(t)(1)式中:o(t)是天线直耦波信号;r(t)是地面
14、反射波信号;s(t)是目标体回波信号;n(t)为噪声信号。根据信号到达的时间不同划分相关回波信号,通过对目标体回波信号的振幅、波形和频率等特征的分析来确定地埋目标的位置、材料和结构及其所处地下介质的特性1112。当电磁波在地下介质传播的速度确定时,可根据测到的发射信号与接收信号的时间差求出目标体的埋藏深度,计算公式如式(2)所示:t=4z2+x2v(2)式中:z为目标物体埋深;t为电磁波反射信号的双程行程时间;x为天线距离;v为电磁波在介质中的传播速度。其中,电磁波的传播速度v由地下介质的电特性决定11,计算公式如式(3)所示:v=cr r (3)式中:r为介电常数;r为磁导系数;c为光速。在
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 模型 目标 散射 特性 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。