雷达硬件及采样参数选取分析
RIS-地质雷达
RIS-地质雷达RIS探地雷达一、概述博泰克RIS探地雷达在兼具了传统探地雷达各项优点的同时，增添了高灵敏度、高分辨率的天线阵，使浅层和深层探测一次完成，实现了三维立体探测，大大提高了工作效率，具有数据采集完整、快速、低误差等特点。
适用于公路路面、隧道衬砌质量的检测、桥梁结构检测、路基检测、管线探测、岩性分析和条件恶劣场地的应用。
使用博泰克RIS天线阵雷达进行公路和隧道检测如图8-1所示。
图8-1 RIS探地雷达二、RIS K2主机技术参数1、扫描速度： 850扫/秒2、脉冲重复频率：400KHz3、时窗： 9999 nsec4、采样点数： 128-81925、叠加数： 1-327686、分辨率： 5psec7、工作温度：－10～50℃8、A/D转换： 16bit9、工作环境标准： IP6510、动态范围： >160dB11、信噪比： >160dB12、可连接8对天线同时测量13、尺寸：22x17x5.5cm，重量：1.2kg现场测量开始前应该对雷达的采集参数进行设定，这一工作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。
参数设定的内容包括时间窗口大小、扫描样点数、每秒扫描数、Ａ／Ｄ转换位数、增益点数等内容。
参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，至关重要。
★探测深度与时窗长度探测深度的选取是头等重要的，既不要选得太小丢掉重要数据，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（Range/ns）：Range= 2H(ε)1/2/0.3(ns)= 6.6 H(ε)1/2(ns)例如对于地层岩性为含水砂层时，介电常数为25，探测深度为3m时，时窗长度应选为100ns，时窗选择略有富余，宁大勿小。
★A/D采样分辨率：雷达的A/D转换有8Bit、16Bit、24Bit可供选用。
选择24Bit动态大，强弱反射信号都能记录下来，探测深度大、时窗长时采用。
软件雷达射频采样ADC性能需求分析
软件雷达射频采样ADC性能需求分析卢庆广;夏栋【摘要】The target of software radar is to digitalize the received signals so that more signal process and data process are completed by software. Due to the high frequency of RF, Nyquist low-pass sampling technique is invalid. This text explores how to accomplish the analog to digital conversion of radar signal with lower sampling frequency by band-pass sampling principle. The reference of ADC design is provided through the specific analyses of sampling rate, ADC and SNR.%软件雷达的目标是使ADC 尽可能早的将接收到的信号数字化,从而使更多的信号处理和数据处理通过软件来实现.由于雷达射频频率高,无法采用Nyquist低通采样技术对其进行采样.本文研究了利用带通采样定理使用较低的采样频率实现雷达模拟信号到数字信号的转化,并分别对雷达射频信号进行带通采样对模数转换器采样速率、转换位数、信噪比等性能参数进行了具体分析,为模数转换器的设计提供参考.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】3页(P128-130)【关键词】软件雷达;射频采样;ADC【作者】卢庆广;夏栋【作者单位】海军工程大学海洋电磁环境研究所,湖北武汉430033;海军工程大学海洋电磁环境研究所,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TN950 引言软件雷达设计的理念是AD和DA转换器尽量靠近天线，使得模拟信号尽可能早地数字化，从而将其变换为适合于数字信号处理器或计算机处理的数据流，然后通过软件(算法)来完成各种功能［1－3］。
雷达性能优势及参数
仪器性能1．博泰克RIS雷达的优势：1. 航天技术，品质极高：制造商意大利IDS公司是一家包括导航雷达部，探地雷达部等相关产品的著名厂家，其设计宗旨就是潜心研究出优于普通雷达设备的实用型探测系统，产品技术更新快；2. 模块式设计配置灵活，硬件升级自如；·博泰克RIS主机可与本公司所有天线兼容，用户可按需选配，极大地节约了成本·已购买单通道主机用户，如需使用多通道主机，可由单通道升级为四通道，避免了重复投资·天线可根据需要由单天线升级为精度更高和速度更快的天线阵3. 雷达天线屏蔽效果好（军工级屏蔽），精度和分辨率很高，带绘图系统的测量轮可精确定位目标，多极数据使得目标形状识别及环境识别更加精确；4. 雷达主机、天线和电池的体积小、重量轻、稳定性高，单人操作，遥控操作，自动设置；防水、防尘和抗震性能好，能适应各种恶劣的工作环境（隧道、井下等）；具有极高的发射速率和扫描速度，完全满足公路快速检测的要求；5. 独有的天线阵设计使雷达探测技术登上了一个新台阶：有专门的公路及隧道检测天线阵(600+1600MHz) ，最大探测速度可达80Km/h，探测深度为1.5-2米，一次就可以完成面层、基层等的精确分层检测和空洞、裂隙、软弱带等路基检测的要求；根据需要，还可以在该天线阵的基础上增加100MHz等更低频率的天线，以满足更深的探测要求；6. 雷达主机独有的远程调控功能，通过此功能，国外雷达专家可以随时对雷达系统进行调试和维护；7. 后期处理软件实用方便，功能强大：其公路与隧道分析软件LAYERING可以自动处理雷达数据、自动(手动)追踪层面、自动绘制厚度图、自动在雷达图上标明取芯结果、自动生成厚度报表、直接在雷达图上标注缺陷并打印等；自动物性分类软件SUBREM可以由检测雷达的雷达图，自动对路基、隧道等做分类分析，指出路基的软弱带、高含水区、衬砌后的围岩情况等等，是目前世界上唯一有此功能的雷达处理软件；8.RIS雷达系统采集到的数据可以直接和地理信息系统相连接，实现信息化管理，方便的实现查询、修改、输入、输出等功能，是目前唯一具有此功能的雷达系统；9. 在世界雷达比武上，博泰克RIS雷达以探测速度最快（唯一在规定时间内完成全部探测任务），分辨率和精度最高（探测目标数量多），唯一现场绘制出被探测物的三维立体结构图而荣获第一；10. 博泰克公司技术力量雄厚，对产品进行全方位跟踪服务，除正常的售后培训之外，我们还对需要我方工程师支持的用户，我们都在第一时间到达用户现场，我们已完成的部分协助检测工作：①协助中铁十二局完成了为期两天的秦岭隧道检测；②中铁十四局完成了为期三天的烟黄高速公路的检测；③中铁十八局完成了为期四天的宝天线隧道探测；④中国建筑科学研究院完成了为期四天的空心砖结构建筑工程的检测⑤国家测绘局武汉管网普查复检项目。
测速雷达主要设备功能及技术参数
测速雷达主要设备功能及技术参数测速雷达型号：KTR-C3(品牌:KITOZER/开拓者)采用高速DSP信号处理芯片、0.1秒快速捕捉。
1)设计小巧轻便、制作精良。
2)纯铸铁结构，坚固耐用。
3)232串口输出。
4)精确度高，捕捉目标速度快。
5)动态时具有同向功能。
6)静态时可分别检测来车、去车。
7)静态测速范围：0～322 KPH。
8)移动测速范围：19～322KPH。
9)环境要求：温度：－30度 ~ ＋70度；湿度：0 % ~ 90% 。
10)Ka波段窄波雷达，微波频率：34.7GHz(Ka-band)，可有效规避探测狗检测。
11)发射角：±4度。
12)规格：重：0.52kg、直径：6.7cm、长：11.8cm。
13)精确度：+/-1KPH。
高清摄像机(品牌:KITOZER/开拓者)高清摄像机功能：CCD成像，200万象素，主要端口有：闪光灯同步口，通过同步线与闪光灯连接；拍照触发口，当收到外部脉冲触发信号时，高清摄像机会抓取一张图片，脉冲信号由独立的拍照触发器发出；网口（100M），与控制主机连接，接收参数配置，上传图片，也可接收带由协议内容的抓拍命令。
产品详细参数表百万像素变焦镜头日本精工本次中煤平朔公司系统百万像素变焦镜头选型为日本精工SE5018MP产品，AVENIR ETOKU（日本精工）十几年来始终专心于监控镜头的市场发展，成为中国安防监控领域用得最多的专业镜头。
本次系统高清摄像机选型为广州莱安智能化系统开发有限公司出品的KTR200A型高清摄像机。
KTR200A是集成一体的高速彩色/单色智能工业相机，采用总像素200万像素的CCD图像传感器，具有处理速度快、分辨率高、图像质量好等特点。
广泛应用于智能交通、电子警察、卡口、高速公路、停车厂等领域的检测和识别。
百万像素网络拍照摄像一体机，将高清图像抓拍、标清视频摄像完美结合，超高清晰度，分辨率达130万～500万像素，专业用于如平安城市建设、机场、银行、道路卡口监控及牌照识别等安全防范领域，能够为客户提供专业的可定制产品及服务，支持后续增值开发。
物理实验技术中的雷达测量与分析方法
物理实验技术中的雷达测量与分析方法雷达测量与分析方法在物理实验技术中扮演着重要的角色。
雷达（Radar）是一种利用电磁波进行物体探测和测距、测速的技术手段。
它具有跨越天地、穿云雾、昼夜对目标进行有效探测的能力，广泛应用于航空、军事、气象等领域。
本文将着重讨论雷达测量和分析方法的原理及应用。
首先，雷达测量的基本原理是利用目标散射回来的电磁波进行测量。
雷达发射器发射出高频电磁波，这些电磁波会与目标物体相互作用，一部分被目标物体吸收，一部分被目标物体散射回来，然后被雷达接收器接收。
通过测量接收到的电磁波的一些参数，如功率、频率、相位等，可以推导出目标物体的距离、速度、方位以及目标物体的特性等信息。
针对不同的应用领域和实验目的，雷达测量中有多种不同的技术和方法。
例如，对于大气中杂散回波的测量和分析，我们可以采用相位编码技术。
这种技术可以使雷达接收到的散射信号更加清晰，提高测量的精确度。
另外，如果我们需要对目标物体的形状和结构进行分析，可以采用成像雷达技术。
成像雷达通过接收目标物体散射回来的电磁波，并利用信号处理技术，可以生成目标物体的影像，提供更详细的信息。
除了测量技术，雷达分析方法也是非常重要的一环。
在雷达测量数据分析过程中，我们通常会用到一些统计学和信号处理方法。
例如，当我们需要对雷达中的噪声进行去除时，可以利用滤波器的方法进行信号去噪。
此外，在雷达目标探测中，我们可以采用CFAR（Constant False Alarm Rate）技术，用于判断是否有目标物体存在。
在实际应用中，雷达测量与分析方法被广泛运用于许多领域。
在航空领域，雷达可用于飞机导航、风切变探测等；在军事领域，雷达可用于目标探测与追踪、战场监测等；在气象领域，雷达可用于测量降雨强度、风速和方向等。
此外，雷达还有许多其他应用，如地质勘探、环境监测等。
然而，雷达测量与分析方法也存在一些挑战和限制。
首先，受到电磁波传播特性的限制，雷达在复杂环境或目标密集区域的性能会受到影响。
雷达硬件及采样参数选取
发射控制器
探地雷达天线 目前探地雷达采用天线主要有微带蝶形天线和振子天线两种，因为这两种天 线具有较宽的频带。 ——屏蔽天线常采用微带蝶形天线，主要应用于2000MHz到100MHz天线之间。
——非屏蔽天线常用拉杆振子天线为主，主要应用于50MHz到20MHz天线之
间。
微带蝶形天线辐射面
4.5 探地雷达采集
情况3
当Ttran < Trcv 时，则说明对于前面若干次采样发射电路会先于接收电路工作，因此， 雷达反射波的头部信号也不能被采集到。
情况4
当Ttran < Trcv - Tlength 时，对于任何一次采样，发射脉冲和反射波信号已经结束，接 收电路还没有开始工作，同样为空采集。
正确采样情况
当Trcv < Ttran < Trcv + Tallow = Trcv + nTs - Tlength时，才可以保证采集到整个反射波信号。 由于： 1、Trcv中有步进延时的初始延迟 Tc（较大），2、Trcv中有反射波旅行时间Ttravel，随深度 增大而变大。 ——必须在发射电路时滞Ttran的基础上增加固定延时，以启动发射脉冲。 固定延时的最大值为 Tcmax
将x(t)变成离散信号x(nTs) 关键步骤
维持x(t)信号的电平不变
将采样信号量化为数字信号X(n)
4.2 探地雷达数据采集基本原理
采样步骤是通过冲激函数来完成的，
理想冲击函数的形式： p(t )
n
t nT
s
t 0 当 t 0 时，
T s 为抽样间隔
（2）设定步进延时控制字：步进延时控 制字本质上用于控制等效采样间隔，因此每 个样点变化一次。步进延时控制字需要送往 D/A转换器，并通过D/A转换器间接实现延 时控制。由于D/A转换器需要一定的稳定时 间，因此设置步进延时控制字之后，需要等 待D/A输出稳定。
雷达发射机主要指标
.
. 雷达发射机的主要质量指标
1.雷达工作频率RF 天线面积不变时，雷达检测目标的最大作用距离1224max
2min
[]4t r i P A RF R c S σπ= 即雷达作用距离max R 正比于1/2RF
目前参考使用的发射频率为L 波段、S 波段；期望的发射频率为C 波段
2.输出功率
脉冲雷达发射机的输出功率分为峰值功率t P 和平均功率av P
① 波段工作的发射机，结合我们需要的雷达最大作用距离，可定出我们需要的
整个波段中输出功率的最低值。
即确定max RF 、max R 之后，1224max 2min
[]4t r i P A RF R c S σπ=计算出的t P （峰值功率）为最低值。
② 平均功率最少应为峰值功率的0.1倍。
尚需确定的参数1.根据我们需要测量的最大作用距离确定发射机波段
2.波段确定后即可定出我们需要的最低峰值功率。
uls36导波雷达物位计参数
ULS36导波雷达物位计参数1. 介绍导波雷达物位计是一种常用于测量物料的液位或固体物位的仪器。
ULS36导波雷达物位计是一种先进的导波雷达技术应用于物位测量的设备。
本文将详细介绍ULS36导波雷达物位计的参数及其相关信息。
2. ULS36导波雷达物位计的工作原理ULS36导波雷达物位计利用导波雷达技术来测量物料的液位或固体物位。
它通过发射微波信号并接收反射信号来测量物料的高度。
具体工作原理如下：1.发射器发射微波信号：ULS36导波雷达物位计内置的发射器会发射一束微波信号，该信号沿着一根导波杆向物料表面传播。
2.微波信号被物料表面反射：当微波信号遇到物料表面时，一部分信号会被物料表面反射回来。
3.接收器接收反射信号：ULS36导波雷达物位计内置的接收器会接收到反射回来的微波信号。
4.计算物料高度：通过测量微波信号的往返时间，ULS36导波雷达物位计可以计算出物料的高度。
3. ULS36导波雷达物位计的参数ULS36导波雷达物位计具有多个参数，下面将详细介绍其中一些重要的参数：3.1 测量范围ULS36导波雷达物位计的测量范围是指它可以测量的物料高度范围。
通常，ULS36导波雷达物位计的测量范围可以从几米到几十米不等，具体的测量范围可以根据用户的需要进行配置。
3.2 精度ULS36导波雷达物位计的精度是指它测量物料高度的准确程度。
通常，ULS36导波雷达物位计的精度可以达到毫米级别，具体的精度取决于设备的配置和使用环境。
3.3 输出信号ULS36导波雷达物位计的输出信号通常有4-20mA模拟信号和数字信号两种形式。
4-20mA模拟信号可以直接连接到PLC或DCS系统进行实时监测和控制。
数字信号可以通过RS485或Modbus等通信协议传输，实现与上位机的数据交互。
3.4 供电方式ULS36导波雷达物位计可以通过直流供电或交流供电两种方式进行供电。
直流供电通常为24VDC，交流供电通常为220VAC或110VAC。
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50MHz 非屏蔽天线 发射天线
（ 2 ）将控制采集的主机与控制单元 分离，控制主机通过计算机的并口或 串口与控制单元连接。
这种分离优点是可以随时更换主机，
但是缺点也是接线太多，同样不利于 野外复杂地区使用。 控制单元 主机
天线阵+GPS
主机+控制单元
GR－III 型探地雷达采集系统为蓝本进行介绍，无论组合式设计还是 分离式设计，其控制信号流程完全一致：
将x(t)变成离散信号x(nTs) 关键步骤
维持x(t)信号的电平不变
将采样信号量化为数字信号X(n)
4.2 探地雷达数据采集基本原理
采样步骤是通过冲激函数来完成的，
理想冲击函数的形式： p(t )
n
t nT
s
t 0 当 t 0 时，
T s 为抽样间隔
微机系统
发射子系统
接收子系统
控制单元系统
1. 各系统主要功能
发射天线系统：控制单元系统的触发下，利用雪崩开关方式进行快速加压，产生高 压窄脉冲电信号，并以此信号作为雷达发射控制脉冲，通过发射天线向地下发射电 磁波。
接收天线系统：用接收天线接收高频雷达反射波信号，通过高频放大器进行放大， 然后在控制单元系统的触发下，将放大信号后的通过采样头进行采样保持，从而将 高频信号变成低频信号由控制单元系统能够进行精确采样。 控制单元系统：在微机系统的控制下，为发射天线系统和接收天线系统提供经过精 确定时的启动触发脉冲，同时对来自接收天线系统采样保持后的雷达反射波信号进 行程控增益放大和A/D转换，并将得到的数字化雷达反射波信号通过微机系统总线存 放到内存中，供微机显示、存储、分析和处理。 微机系统：对探地雷达各子系统的工作流程进行管理、存储、显示。接收由控制单 元系统采集得到的雷达数字信号，并对这些信号进行多种方法的信号处理。
4.2 探地雷达数据采集基本原理
1. 信号分类 模拟信号——若 t 是定义在时间轴上的连续变量，则称 x(t)为连续时 间信号，即模拟信号。
离散时间信号——若 t 是仅在时间轴上的离散点取值，则称 x(t) 为离 散时间信号。将 x(t) 改记为x(nTs), Ts为两点间的间隔时间，又称采样周期。 Ts归一化为1时，可简记为x(n)。 ——离散信号在时间上是离散的，但是其幅度在某一范围内可以是连续的。
等效采样适用的几个条件：
1、发射脉冲间隔时间太短（纳秒级），采样间隔大于发射脉冲（微秒级）； ——无法对应直接采样并保持； 2、发射脉冲具有重复性（周期为Ta）。 ——可以通过多次采样，重塑原发射脉冲。 3、步进延时（Ts）在极小的时间范围内（皮秒级）可控 ——可以实现每次采集不同时间位置的发射脉冲信号。 采样间隔
数字信号——在时间和幅度上都取离散值的信号。
4.2 探地雷达数据采集基本原理
2. 连续信号的离散化 将连续信号变成梳子信号是获取原始数据的重要手段之一，也是在计算机 上实现数字信号处理的必要步骤。 在实际中工作中，信号的采样（又称为抽样）是通过A/D转换电路来实的， 通过控制A/D转换器在不同的时刻进行采样和量化，可以将连续信号x(t)变为 数字信号x(nTs)。
发射脉冲周期
等效采样过程示意图
1、第一次采样时间为周期原点（0时刻）； 2、经过kTa+Ts时间后，进行第二次采样； 3、经过kTa+2Ts时间后，进行第三次采样； …… N、经过kTa+(N-1)Ts时间后，进行第N次采样。 ——Ts因每次采样都会增加一个单位，称其为步进延时。Leabharlann 4. 步进延时与固定延时的作用
2. 各系统之间的信号关系
第一根50欧姆同轴电缆 控制单元向发射天线系统发送负脉冲触发信号 第二根50欧姆同轴电缆 接收机采样保持数据传输到数据 采集卡上，进行模数转换
单根50欧姆同轴电缆 控制单元向发射天线系统发送负脉冲触发信号
通过总线进行信息的传递 ① 固定延迟参数，固定延迟 控制发射脉冲的延迟时间。 ②步进延迟参数，步进延迟 控制接收脉冲的精确步进延迟。 ③采样启动信号。 ④传送采样数据。
步进延时用于启动接收天线和A/D转换器工作，它能够精确控制A/D转换
器的采样时刻，每采一个样点其数值改变一次。
等效采样实现过程
在等效采样过程中，由于 每次采样保持动作的开始时刻 与上一次采样保持动作的开始 时刻相比，仅增加一个Ts, 该Ts 即等效于雷达反射波信号相邻 两个样点的采样间隔，因此像 是每一次的采样时刻都在“步 进”，所以我们将用于控制启 动接收天线采样保持的定时器 称为步进延时器。
第四章 探地雷达硬件
介绍探地雷达硬件系统，即采集系统的设计与实现。重点介绍探地雷达的 控制单元、接收机、发射机的基本原理。本文介绍的探地雷达采集系统以中
国矿业大学（北京）自主研制的GR系列探地雷达为例。目前探地雷达的采集
系统，其工作原理基本相同。
4.1 探地雷达硬件系统结构
雷达采集系统的设计总体分为以下两种：分离式设计和组合式设计。 分离式设计主要有两种形式： （1）将天线发射控制器（发射机） 接收天线 和接收控制器（接收机）独立出 来，采用不同的天线与其配合使 用。 这种结构成本低，但是由于接 线较多，野外使用不方便。这种 分离式设计常常在振子非屏蔽天 线上使用。
连续时间信号x(t)
(b) 冲激函数p(t)
(c) 理想冲激抽样函数x(n)
4.2 探地雷达数据采集基本原理
3. 等效采样 在A/D转换过程中，目前使用的A/D转换器采样速度都不快，16bit的 A/D其采样率在200KHz左右，则一个采样间隔大约为5微秒，而发射脉冲的 时间是非常短的，一个发射脉冲仅有几到几百纳秒。 因此，如何用时间间隔长得多的采样信号来采集较短的发射信号脉冲， 是探地雷达采集技术的难点。 ——通过使用等效采样的方法，来实现这种高频模拟信号的数字化。
——需要满足nTs > Tlength ，即步进延时控制范围需大于雷达波反射信号时长Tlength，以保 证能接收到完整的雷达波反射信号。 ——n为探地雷达的采样点数（采样率） 通常在Ts精度极短且可控的条件下，采样点数n可以很大，在采集时可将其设置为 256点、512点、1024点或2048点等。