目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 探地雷達技術設備的研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 探地雷達公路質量檢測的研究現(xiàn)狀 4
1.2.3 問題與不足 5
1.3 本書研究內容 6
第2章 探地雷達系統(tǒng)設計基礎 8
2.1 探地雷達電磁學理論 8
2.1.1 麥克斯韋方程 8
2.1.2 電磁波波動性 9
2.1.3 電磁波的反射與折射 10
2.2 探地雷達系統(tǒng)結構及分類 12
2.2.1 探地雷達原理 12
2.2.2 探地雷達系統(tǒng)結構 13
2.2.3 探地雷達系統(tǒng)分類 14
2.3 高速公路路面結構 15
2.3.1 柔性路面 15
2.3.2 剛性路面 16
2.3.3 復合路面 18
2.4 探地雷達系統(tǒng)總體設計 18
2.4.1 問題分析 18
2.4.2 探地雷達系統(tǒng)架構設計 20
第3章 超寬帶脈沖信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn) 22
3.1 超寬帶技術 22
3.1.1 超寬帶信號 22
3.1.2 超寬帶探地雷達系統(tǒng)的特性 23
3.2 超寬帶脈沖的生成原理 24
3.2.1 超寬帶脈沖生成原理 24
3.2.2 階躍恢復二極管工作原理 25
3.3 導致脈沖畸變的因素分析 27
3.3.1 阻抗不匹配 27
3.3.2 紋波的產(chǎn)生 28
3.3.3 工作頻率限制和脈沖振幅衰減 28
3.4 超寬帶脈沖電路的設計 29
3.4.1 脈沖振幅轉換器設計 30
3.4.2 高斯脈沖發(fā)生器設計 31
3.4.3 脈沖整形濾波器設計 31
3.5 印制電路板布局設計 33
3.5.1 基板的選定 33
3.5.2 電路板布局設計 33
第4章 信號采集與存儲系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 36
4.1 信號采樣理論 36
4.1.1 奈奎斯特采樣定理 36
4.1.2 等效采樣 37
4.1.3 實時采樣 37
4.2 數(shù)據(jù)傳輸與存儲的瓶頸問題 38
4.3 問題解決方案 40
4.3.1 雷達反射信號采集設計 40
4.3.2 頭文件數(shù)據(jù)采集設計 43
4.3.3 多線程并行技術 44
4.3.4 臨界區(qū)控制及隊列結構 45
4.3.5 數(shù)據(jù)結構和存儲格式 47
4.4 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設計 50
4.4.1 按鍵控制模式 51
4.4.2 采集次數(shù)控制模式 52
4.4.3 采集時間控制模式 55
4.5 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的程序開發(fā) 56
4.5.1 MATLAB環(huán)境 57
4.5.2 LabVIEW環(huán)境 58
4.6 采集數(shù)據(jù)文件量級估算 62
第5章 信號發(fā)射與采集系統(tǒng)的控制與設計 63
5.1 雷達天線的設計類別 63
5.1.1 超寬帶天線定義與分類 63
5.1.2 喇叭天線 65
5.1.3 Vivaldi天線 66
5.1.4 蝶形天線 67
5.2 微波電路參數(shù)分析 68
5.2.1 S11參數(shù)的對比分析 68
5.2.2 VSWR參數(shù)的對比分析 70
5.3 FPGA系統(tǒng)同步控制設計 72
5.3.1 雷達系統(tǒng)信號時序分析 72
5.3.2 雙通道同步設計 73
5.3.3 高速數(shù)字化儀同步設計 75
5.4 雷達系統(tǒng)整合設計 76
第6章 車載探地雷達數(shù)據(jù)處理軟件的開發(fā) 79
6.1 系統(tǒng)需求分析 80
6.1.1 系統(tǒng)用戶分析 80
6.1.2 功能需求分析 80
6.1.3 系統(tǒng)性能需求分析 81
6.1.4 用戶界面需求分析 82
6.2 GIMAGE系統(tǒng)的總體設計 82
6.2.1 設計理念及開發(fā)平臺 82
6.2.2 GIMAGE數(shù)據(jù)結構設計 83
6.2.3 GIMAGE功能結構設計 84
6.2.4 GIMAGE數(shù)據(jù)處理框架設計 85
6.2.5 用戶界面設計 86
第7章 車載探地雷達系統(tǒng)的應用實驗 88
7.1 探地雷達系統(tǒng)室內測試實驗 88
7.1.1 實驗方案及參數(shù)選取 88
7.1.2 數(shù)據(jù)采集 91
7.2 室內實驗數(shù)據(jù)處理 91
7.2.1 反射信號的雙曲線特征 91
7.2.2 噪聲來源分析 92
7.2.3 實驗數(shù)據(jù)處理步驟 93
7.2.4 介質介電常數(shù)的計算 104
7.3 正演模擬對比實驗 106
7.3.1 正演模擬方法 106
7.3.2 正演模型的建立與數(shù)值模擬 107
7.3.3 正演模擬數(shù)據(jù)的處理 110
7.3.4 實驗結果對比分析 111
7.4 室外道路檢測實驗 113
7.4.1 實驗方案設計 113
7.4.2 實驗參數(shù)選取 113
7.4.3 數(shù)據(jù)采集 114
7.5 室外實驗數(shù)據(jù)處理與結果分析 114
7.5.1 室外實驗數(shù)據(jù)處理 114
7.5.2 實驗結果分析 117
參考文獻 120
附錄I GPR屬性數(shù)據(jù)文件結構 125
附錄II GIMAGE軟件的數(shù)據(jù)文件結構 127
編后記