雷达检测技术 高频电磁波发射与接收技术

基本内容

由于雷达检测技术具有无损、快速、简易、精度高等突出优点，我国于20世纪90年代开始应用于公路工程施工和养护质量的监控以及水泥路面路基状态检测中。

雷达检测技术实质上是一种高频电磁波发射与接收技术。雷达波由自身激振产生，直接向路面路基发射射频电磁波，通过波的反射与接收获得路面路基的采样信号，再经过硬件、软件及图文显示系统得到检测结果。雷达所用的采样频率一般为数兆赫（MHz），而发射与接收的射频频率有的要达到吉赫（GHz）以上。

让雷达技术充分服务人民生活，需要将技术的探索和创新方向与社会生产生活的需求相结合，也要积极寻求与5G、人工智能等前沿科技的融合发展。例如，一种毫米波人体安检仪通过毫米波和人工智能算法，自动判别人体隐匿携带的危险品并报警，改变了以往的手工安检方式，提高了火车站、机场、地铁站等人流密集场所安检的安全性和效率。由此可见，当科技的火花与社会的需求相结合，当不同领域的技术相碰撞，就能激发出科技造福社会的更大潜力。[1]

射频电磁波的产生是依靠一种特制的固体共振腔获得。雷达波虽然频率很高、波长很短，但同样遵守波的传播规律，即也有入射、反射、折射与衰变等传播特点，人们正是利用这些特点，为公路工程质量监控和状态检测服务，满足无损、快速、高精度的检测要求。

用于水泥路面路基状态检测的探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理和终端设备（计算机）等组成。探地雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波，地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传播，发生透射和反射。一部分电磁波能量被界面反射回来，另一部分能量会继续穿透界面而进入下一层介质材料。电磁波在地层系统内传播过程中，每遇到不同的结构层就会在层间界面发生透射和反射。由于介质材料对电磁波信号有损耗作用。

所以透射的雷达信号会越来越弱。各界面反射电磁波由天线中的接收器接收，并由主机记录，利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t，当地下介质材料的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和深度。这样，可对各测点进行快速连续地探测，并根据反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到探地雷达剖面图像。通过多条测线的探测，即可知道场地目标体平面分布情况。通过对电磁波反射信号（即回波信号）的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析，便能得知地层的特征信息——介电常数、层厚、空洞等。