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三維探地雷達

產品簡介：

2001年，挪威科技大學（Norwegian University of Science and Technology）的Egil Eide在他的博士論文中發(fā)表了基于步進頻率天線陣技術的三維探地雷達測試技術，該論文一經發(fā)表，立刻得到了來自世界各地的關注。同年，Egil Eide與其合作伙伴注冊成立了3D-Radar A/S公司，專注于將該技術商品化并在之后的20年中帶領他的研究團隊進行持續(xù)研發(fā)和改進。

如今的3D Radar已經發(fā)展至第四代主機，三個系列的天線陣（DX系列空氣耦合天線陣，DXG系列地面耦合天線陣和2020年發(fā)布的DXV系列深層地面耦合天線陣），第三代數(shù)據(jù)處理軟件（自行研發(fā)，集成GPS，高清圖像，雷達圖像等于一身，并具有豐富的處理工具）。

原理簡介：

與世界上其他任何品牌的探地雷達不同，挪威3D-Radar公司使用了步進頻率天線陣技術開發(fā)出了三維探地雷達系統(tǒng)，該技術始于Egil博士在挪威科技大學的研究，并取得了挪威①和世界知識產權組織②的專利。

與傳統(tǒng)脈沖天線雷達不同，3D雷達的步進頻率天線可以從100MHz的頻率起，以0.5ms到10ms的波長（可自由設置），多達1500個臺階進行連續(xù)的線性頻率掃描，最高頻率直達3000MHz。在整個過程中，采集儀記錄整個波長范圍內的信息；而相比之下，脈沖式采用頻閃采樣，這意味著并不是采集整個波形長度的信息，很多數(shù)據(jù)都丟失了。

因此，步進頻率雷達可以實現(xiàn)探測深度和分辨率之間更好的平衡，在整個測量深度范圍內能獲得不錯的分辨率，即清晰的圖像，這點優(yōu)勢使得數(shù)據(jù)處理變得更簡單。

天線陣技術是3D-Radar公司的另一個主要優(yōu)勢，橫向采樣間距只有7.5cm，典型應用的天線陣子可達20個左右。這意味著一次測量可以得到20個道路縱斷面信息，較傳統(tǒng)二維雷達的檢測效率有了大幅的提升，而且不需要二維雷達多次檢測數(shù)據(jù)之間數(shù)據(jù)的拼合，可謂既方便又準確。同時，因為使用了步進頻率技術，3D雷達一次采集即可實現(xiàn)深度和分辨率之間的平衡，而通過將多個二維脈沖式雷達組合成所謂“3D”雷達的方式，在需要了解同一路段不同深度內準確數(shù)據(jù)時，需要更換天線的頻率（通?？蛇x的頻率并不多），操作要復雜的多，相應的數(shù)據(jù)處理也更加復雜。

圖1：系統(tǒng)組成

三維探地雷達系統(tǒng)主要組成：

● GeoScopeTM MK IV雷達主機

● 三維探地雷達多通道天線陣         

● 實時3D采集軟件

● 3dr-Examiner三維探地雷達數(shù)據(jù)分析軟件

產品介紹：

一、 GeoScopeTM MK IV第四代雷達主機

GeoScopeTM MK IV探地雷達提高了高速勘察，高密度地下三維成像等標準。MK IV是3D-Radar公司的第四代雷達主機，進一步拓展了步進頻率技術在探地雷達的應用，在實現(xiàn)高密度高速數(shù)據(jù)采集的同時，具有更深的探測能力和更高的分辨率。對于地下不同深度層的研究，通過優(yōu)化信號帶寬和好的分辨率可以實現(xiàn)高速勘察大掃描寬度而不會丟失圖像細節(jié)信息。

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圖2：GeoScopeTM MK IV主機

二、 三維探地雷達多通道天線陣

DX系列天線陣代表了三維探地雷達數(shù)據(jù)采集的創(chuàng)新?？諝怦詈咸炀€陣適合需要天線距離地面一定高度的應用，如：公路和鐵路的快速檢測以及雷達和未爆炸物探測。天線陣可以以連續(xù)的200MHz—3GHz頻率范圍，最高41個通道進行掃描。天線陣以一定掃描線密度采集三維雷達數(shù)據(jù)。DX系列天線陣淺層分辨率高，與傳統(tǒng)的脈沖式空耦探地雷達系統(tǒng)相比，可以達到更深的探測。

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2.2. DXG系列空氣耦合天線陣介紹

DXG系列地面耦合天線陣是地下目標探測的理想工具，三維較高精度高分辨率的地下結構數(shù)據(jù)可以快速采集和分析。DXG系列地面耦合天線陣，連續(xù)頻率范圍為200MHz-3GHz，是寬頻帶天線陣，在每個探測深度下使得分辨率優(yōu)化。
這種寬頻天線設計包含蝴蝶結單極天線陣子，其中結合了不同的發(fā)射/接收天線對，使得用戶可以按通道間隔7.5cm采集多條測線的高密度三維數(shù)據(jù)。 天線陣配置了一個標準5/8英寸的螺孔，可以容易固定GPS天線或全站儀棱鏡。

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圖4：DXG系列天線陣
 

為進一步拓展3D雷達的探測深度，3D-Radar公司于2020年春季發(fā)布了一款新的DXV型地面耦合天線陣，這種天線的頻率范圍從30MHz到1.5GHz，橫斷面采樣間隔16.5cm，比DXG型天線的測試深度更深，更加適合用于地下管線，地下塌陷、空洞和其他地下結構病害的探測。

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圖5：DXV系列天線陣

3D-Radar公司的采集軟件能夠讓用戶在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)時，同時顯示各個通道縱斷面雷達圖，橫斷面以及所選的深度水平視圖，這樣同步顯示的三視圖使得現(xiàn)場勘查工作更容易，用戶可以實時觀看和識別探測目標并進行標記。這種功能使得用戶可以追蹤目標體如管線等。如果再配置GPS，用戶可以直接標記目標圖的較精確位置。

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ExaminerTM可以拼接并顯示包含多條3D雷達數(shù)據(jù)文件的大型項目文件。三視圖的窗口便于進行數(shù)據(jù)分析。用戶可以通過實時渲染的方式對數(shù)據(jù)進行平移、縮放和深度變化等操作，從而獲得各區(qū)域的較高分辨數(shù)據(jù)圖像。用戶可以通過初步瀏覽這些數(shù)據(jù)圖像，快速識別需要進一步分析的區(qū)域，并在三視圖上進行數(shù)據(jù)分析和解釋，分析結果還可以同步到Google，Bing等數(shù)字地圖上展示，由此來實現(xiàn)路網級的管理和病害定位。專用的預覽窗口可以創(chuàng)建、保存和共享處理模板，使得ExaminerTM數(shù)據(jù)處理變得更容易。

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圖7：ExaminerTM 三維探地雷達數(shù)據(jù)處理和分析軟件

三維探地雷達系統(tǒng)優(yōu)勢：

● 主機采用數(shù)字步進頻率雷達技術

● 天線應用GPR天線設計的電子掃描無線陣技術
● 實時三維顯示測試數(shù)據(jù)及分析結果
● 較高分辨率道路無損檢測設備

三維探地雷達應用領域：

● 高速公路、市政道路路基、路面檢測
● 橋梁檢測
● 地下管線調查與測繪
● 機場跑道檢測
● 鐵路路基檢測