机载探地雷达（Airborne-GPR）探测机理研究

机载探地雷达无论在民用和军用方面都蕴藏着巨大的潜在应用价值，可以用于大面积的地质调查或侦察，或人类无法到达的地区，以及危险地区如战场、雷场等。然而，探测机理的研究不足影响了该技术的应用。为了促进机载探地雷达的应用，本研究利用理论分析的方法研究飞行参数和机载探地雷达测量的关系，如飞行速度、高度等和数据采样率的关系；利用数值模拟的方法研究机载探地雷达天线问题，如天线的辐射姿势包括侧视（Side-looking）、底视（Nadir-looking）的优缺点。研究雷达波遇到地面时电磁能量散射问题以及杂波的形成机理，并研究不同的地面起伏情况下杂波的消除办法以及相应的数据处理方法和成像手段。这些研究的开展，将为我国机载探地雷达的进一步研究、开发和应用奠定理论支撑和研究开发基础，推进我国该领域科学技术的发展，将为航空物探家族增添新的成员。无论从学术角度看，还是从应用角度看，都显得非常重要。

探地雷达是一种利用电磁波进行无损探测的浅层地球物理技术，被广泛应用于考古学，冰川学，矿产勘查，以及环境与工程等领域。对于植被严重覆盖的区域, 或人类无法到达的危险地区如战场、雷场等，常规的探地雷达则显得无能为力，然而机载探地雷达（Airborne GPR） 却是一种有效的探测手段。相比于常规探地雷达，由于机载探地雷达的天线距离地表较高,机载探地雷达的探测机理变的更为复杂。影响机载探地雷达探测效果的因素主要有天线极化方向、天线高度以及地表粗糙度等，为了研究这些因素与机载探地雷达探测效果之间的关系，采用三维时间域有限差分（3D-FDTD）方法对沙漠地区地下空洞掩体机载探地雷达探测进行数值模拟，并分析各因素对探测效果的影响。.探地雷达天线是探地雷达系统最重要的部件之一，为了寻求一种适合于机载探地雷达应用的雷达天线，本课题中首先用数值模拟的手段对各种典型的雷达天线进行了仿真，得到各种典型天线包括偶极子天线，蝶形天线，螺旋天线等天线在不同电尺度下的回波损耗，三维增益，二维方向图等参数。在此基础上，我们对平板偶极子天线进行了电阻加载仿真，并制作了电阻加载偶极天线，此外巴伦的引入进一步拓宽了偶极天线的带宽。本课题研究中，制作了不同频率的加载偶极天线，测试表面制作的平板偶极天线具有良好的特性，适用于基于网络分析仪的机载雷达野外试验。.机载雷达实验部分包括物理模拟实验和野外实验部分。通过数值模拟的手段，我们得知机载雷达能够对地下目标体进行探测。而实际的探测与数值模拟之间存在着很大的不同，为了验证机载雷达探测的可行性，我们首先用美国GSSI雷达在沙槽中开展物理模拟实验，继而用自制的机载偶极天线，基于网络分析仪，在野外实现了机载雷达的探测。通过数值模拟我们得知，粗糙的地表会导致电磁波的散射，地表散射而损耗的电磁波能量越多，散射杂波的能量相应的越强，同时，穿透到地下的电磁波能量相应的就越少，来自地下目标体的反射波能量就越弱。反映在雷达剖面中图像分辨率降低，不利于机载探地雷达探测的开展。为了消除复杂地表情况下散射杂波的影响，我们采用叠前逆时偏移技术对共炮点雷达数据进行偏移，偏移结果显示逆时偏移成像使地下目标体反射波聚焦，聚焦位置很好的刻画了异常体的空间位置、几何形态及尺寸大小，同时，可以地表散射杂波归位，起伏的地形在偏移后的剖面中得到刻画。.达到预期效果。

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