探地雷达自适应天线的数值仿真

摘要

探地雷达是一种常用的地表浅层无损检测设备，通过发射天线向地下（或物体内部）发射超宽带窄脉冲，然后对接收到的目标物体后向散射信号进行分析处理，就能够对地下（或物体内部）光不可见目标进行探测、定位甚至实现三维成像。 随着探地雷达应用领域的不断拓宽，以及技术水平的逐渐成熟，对其通用能力的要求越来越高：即使在复杂多变的探测环境下，仍然能保持整体性能的相对稳定，这就对探地雷达天线提出了更高的要求。 探地雷达自适应天线正是顺应这一要求而进入探地雷达天线家族的。这种类型的天线能根据探测环境的改变来调整自身参数，总能保证探地雷达总体统性能达到最佳状态。 本文从探地雷达自适应天线出发，展开对探地雷达系统优化设计的研究，主要进行了以下几个方面的具体工作： ①查阅探地雷达及其天线资料，学习探地雷达工作流程的基本原理，掌握探地雷达系统对天线的具体要求，了解探地雷达系统及其天线设计的最新进展； ②在现有文献的基础上对探地雷达天线设计方法进行归纳总结，给出了减少地面土壤对天线性能影响的一些具体方法，指出阻抗加载、屏蔽措施的采用对探地雷达天线具有重要作用； ③学习掌握了有限积分技术的数值仿真计算方法，具体内容包括Maxwell网格方程的推导、激励源设置、时域迭代算法、数值稳定性条件以及截断边界条件的设置； ④在已有等效蝶形天线的基础上，提出了一种长条形等效蝶形天线，并采用有限积分法对其进行了数值仿真，仿真内容分成覆盖区域和输入阻抗两个部分进行，仿真结果表明该天线通过调整自身的等效张角能实现其自适应能力； ⑤在仿真所得数据的基础上，对长条形等效蝶形天线的具体实现，提出了一种基于阻抗频谱法的实现方式。