基于宽带匹配滤波相关法的混沌探地雷达研究

Ground-penetrating radar has the advantages of high resolution,no blind zone,fast and efficient etc,so it has important application value in the coal mine water-inrush advanced detection field.The traditional method of using pulse flight is simple in principle,but its resolution and the detection of depth have the principles of contradiction that they can’t be improved at the same time.According to the research findings,the broadband chaotic radar can achieve high resolution ranging independent of the distance,but it is also lack of broadband correlator to achieve rapid real-time measurement.Matched filter is expected to achieve fast correlation processing of chaotic signals,but its bandwidth is very low(below MHz) and it can’t be used for broadband chaotic radar..The project intends to study broadband matched filter method to explore a chaotic ground-penetrating method of real-time,high-resolution and large probing depth to provide a solution for the advanced detection of mine water-inrush disaster.The broadband matched filter correlation method are based on the notch filter and low pass filter by which the correlation of GHz bandwidth chaotic signals is directly implemented in the analog domain.

探地雷达具有高分辨率、无盲区、快速高效等优点，因而在煤矿突水超前探测领域具重要的应用价值。传统方法采用脉冲飞行法，原理简单，但存在分辨率与探测深度无法同时提高的原理性矛盾。研究发现，宽带混沌雷达可以实现距离无关的高分辨率测距，然而，尚缺宽带相关器以实现快速实时测量。匹配滤波有望实现混沌信号快速相关处理，但其带宽很低（MHz以下），不能用于宽带混沌雷达。.本项目拟研究宽带匹配滤波方法，并结合宽带混沌电路的优化设计，探索一种实时性好、分辨率高、探测深度大的混沌探地雷达新技术，为煤矿突水灾害的超前探测提供一种解决方案。.本该方法具有以下优点：1.在模拟域内直接实现GHz带宽混沌信号的相关，速度快，输出信噪比高。2.混沌探测信号的波形无时基误差，可实现与探测距离无关的等精度定位测量。可在大动态范围（探测深度）内实现厘米级的分辨率。

宽带混沌雷达具有高抗干扰特性以及与距离无关的高空间分辨率测量特性，有望发展成为一种可应用于煤矿井下的地球物理勘探新技术。.本项目着眼于宽带混沌雷达系统研制实际需要，对系统中雷达发射信号的优化产生技术、接收信号的高速处理技术以及雷达系统的优化构建进行了研究。项目主要开展的研究工作以及取得的创新成果如下：. 1、研究了宽带混沌信号的产生机理与优化设计，利用非线性动学方法与微波射频电路设计理论，研究了多种宽带混沌信号产生方法及超高速随机码（数）产生技术；并借助频谱、相关曲线、模糊函数等分析、测试手段，找到宽带混沌电路及随机码（数）发生器的最佳设计参数；最终获得宽带混沌探地雷达所需的高质量宽带混沌信号和高速随机码（数）信号；. 2、探索了以全光采样、全光量化及全光相关处理（宽带混沌匹配滤波器）为代表的宽带混沌雷达接收信号高速处理技术，并取得一定进展，为最终解决宽带混沌探地雷达实时性问题提供了一种解决方案；. 3、研究并完善了宽带混沌雷达实验系统，该系统可以实现大动态范围测量，同时保持了较高的空间分辨率；此外，本项目还提出了基于相位干涉检测原理的宽带混沌生命探测雷达和基于混沌相关法的水下混沌激光雷达；. 4、进行了除混沌雷达之外的拓展性研究，研究了面向光纤、电缆故障检测的宽带混沌时域反射技术，研制了测量距离远、测量精度高的宽带混沌光（电）时域反射仪。. 项目研究成果获得了山西省技术发明一等奖1项，教育部技术发明二等奖1项；发表及录用论文30篇，其中SCI收录18篇，EI收录3篇；申请国家发明专利13项，授权5项；获软件著作权9项；举办2次国内学术研讨会；派1人次出国进行访问研究；项目组3人晋升副教授；培养硕士毕业生6名，博士毕业生1名。