車載探地雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)及其應(yīng)用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 探地雷達(dá)技術(shù)設(shè)備的研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 探地雷達(dá)公路質(zhì)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(nèi)容 6
第2章 探地雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 8
2.1 探地雷達(dá)電磁學(xué)理論 8
2.1.1 麥克斯韋方程 8
2.1.2 電磁波波動(dòng)性 9
2.1.3 電磁波的反射與折射 10
2.2 探地雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分類 12
2.2.1 探地雷達(dá)原理 12
2.2.2 探地雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 13
2.2.3 探地雷達(dá)系統(tǒng)分類 14
2.3 高速公路路面結(jié)構(gòu) 15
2.3.1 柔性路面 15
2.3.2 剛性路面 16
2.3.3 復(fù)合路面 18
2.4 探地雷達(dá)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 18
2.4.1 問題分析 18
2.4.2 探地雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 20
第3章 超寬帶脈沖信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22
3.1 超寬帶技術(shù) 22
3.1.1 超寬帶信號 22
3.1.2 超寬帶探地雷達(dá)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(fù)二極管工作原理 25
3.3 導(dǎo)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(shè)計(jì) 29
3.4.1 脈沖振幅轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 30
3.4.2 高斯脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì) 31
3.4.3 脈沖整形濾波器設(shè)計(jì) 31
3.5 印制電路板布局設(shè)計(jì) 33
3.5.1 基板的選定 33
3.5.2 電路板布局設(shè)計(jì) 33
第4章 信號采集與存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)時(shí)采樣 37
4.2 數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)的瓶頸問題 38
4.3 問題解決方案 40
4.3.1 雷達(dá)反射信號采集設(shè)計(jì) 40
4.3.2 頭文件數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì) 43
4.3.3 多線程并行技術(shù) 44
4.3.4 臨界區(qū)控制及隊(duì)列結(jié)構(gòu) 45
4.3.5 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)格式 47
4.4 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shí)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(shè)計(jì) 63
5.1 雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 72
5.3.1 雷達(dá)系統(tǒng)信號時(shí)序分析 72
5.3.2 雙通道同步設(shè)計(jì) 73
5.3.3 高速數(shù)字化儀同步設(shè)計(jì) 75
5.4 雷達(dá)系統(tǒng)整合設(shè)計(jì) 76
第6章 車載探地雷達(dá)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(shè)計(jì) 82
6.2.1 設(shè)計(jì)理念及開發(fā)平臺(tái) 82
6.2.2 GIMAGE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 83
6.2.3 GIMAGE功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 84
6.2.4 GIMAGE數(shù)據(jù)處理框架設(shè)計(jì) 85
6.2.5 用戶界面設(shè)計(jì) 86
第7章 車載探地雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 88
7.1 探地雷達(dá)系統(tǒng)室內(nèi)測試實(shí)驗(yàn) 88
7.1.1 實(shí)驗(yàn)方案及參數(shù)選取 88
7.1.2 數(shù)據(jù)采集 91
7.2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理步驟 93
7.2.4 介質(zhì)介電常數(shù)的計(jì)算 104
7.3 正演模擬對比實(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析 111
7.4 室外道路檢測實(shí)驗(yàn) 113
7.4.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 113
7.4.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)選取 113
7.4.3 數(shù)據(jù)采集 114
7.5 室外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析 114
7.5.1 室外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 114
7.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 117
參考文獻(xiàn) 120
附錄I GPR屬性數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu) 125
附錄II GIMAGE軟件的數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu) 127
編后記