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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研發和改進。

如今的3D Radar已經發展至第四代主機，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年發布的DXV系列深層地面耦合天線陣），第三代數據處理軟件（自行研發，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出了三維探地雷達系統，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，很多數據都丟失了。

因此，步進頻率雷達可以實現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，這點優勢使得數據處理變得更簡單。

天線陣技術是3D-Radar公司的另一個主要優勢，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據之間數據的拼合，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據時，需要更換天線的頻率（通常可選的頻率并不多），操作要復雜的多，相應的數據處理也更加復雜。

圖1：系統組成

三維探地雷達系統主要組成：

● 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三維探地雷達數據分析軟件

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，在實現高密度高速數據采集的同時，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，通過優化信號帶寬和好的分辨率可以實現高速勘察大掃描寬度而不會丟失圖像細節信息。

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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據采集的創新?？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據。DX系列天線陣淺層分辨率高，與傳統的脈沖式空耦探地雷達系統相比，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據可以快速采集和分析。DXG系列地面耦合天線陣，連續頻率范圍為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據。 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場采集數據時，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雷達數據文件的大型項目文件。三視圖的窗口便于進行數據分析。用戶可以通過實時渲染的方式對數據進行平移、縮放和深度變化等操作，從而獲得各區域的較高分辨數據圖像。用戶可以通過初步瀏覽這些數據圖像，快速識別需要進一步分析的區域，并在三視圖上進行數據分析和解釋，分析結果還可以同步到Google，Bing等數字地圖上展示，由此來實現路網級的管理和病害定位。專用的預覽窗口可以創建、保存和共享處理模板，使得ExaminerTM數據處理變得更容易。

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圖7：ExaminerTM 三維探地雷達數據處理和分析軟件

三維探地雷達系統優勢：

● 主機采用數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據及分析結果
● 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