三维探达

三维探达

2001年，挪威科技大学（Norwegian University of Science and Technology）的Egil Eide在他的博士论文中S次发表了基于步进频率天线阵技术的三维探达测试技术，该论文一经发表，立刻得到了来自世界各地的关注。同年，Egil Eide与其合作伙伴注册成立了3D-Radar A/S公司，专注于将该技术商品化并在之后的20年中带领他的研究团队进行持续研发和改进。

如今的3D Radar已经发展至第四代主机，三个系列的天线阵（DX系列空气耦合天线阵，DXG系列地面耦合天线阵和2020年发布的DXV系列深层地面耦合天线阵），第三代数据处理软件（自行研发，集成GPS，高清图像，雷达图像等于一身，并具有丰富的处理工具）。

与世界上其他任何品牌的探达不同，挪威3D-Radar公司使用了步进频率天线阵技术开发出了三维探达系统，该技术始于Egil博士在挪威科技大学的研究，并取得了美国^①和世界知识产权组织^②的ZG。

与传统脉冲天线雷达不同，3D雷达的步进频率天线可以从100MHz的频率起，以0.5ms到10ms的波长（可自由设置），多达1500个台阶进行连续的线性频率扫描，最高频率直达3000MHz。在整个过程中，采集仪记录整个波长范围内的信息；而相比之下，脉冲式采用频闪采样，这意味着并不是采集整个波形长度的信息，很多数据都丢失了。

因此，步进频率雷达可以实现探测深度和分辨率之间更好的平衡，在整个测量深度范围内都能获得ZJ的分辨率，即清晰的图像，这点优势使得数据处理变得更加简单。

天线阵技术是3D-Radar公司的另一个主要优势，横向采样间距只有7.5cm，典型应用的天线阵子可达20个左右。这意味着一次测量可以得到20个道路纵断面信息，较传统二维雷达的检测效率有了大幅度的提升，而且不需要二维雷达多次检测数据之间数据的拼合，可谓既方便又更加准确。同时，因为使用了步进频率技术，3D雷达一次采集即可实现深度和分辨率之间的平衡，而通过将多个二维脉冲式雷达组合成所谓“3D”雷达的方式，在需要了解同一路段不同深度内准确数据时，需要更换天线的频率（通常可选的频率并不多），操作要复杂的多，相应的数据处理也更加复杂。

图1：系统组成

● GeoScopeTM MK IV雷达主机

● 三维探达多通道天线阵         

● 实时3D采集软件

● 3dr-Examiner三维探达数据分析软件

一、 GeoScopeTM MK IV第四代雷达主机

点击链接查看主机详细资料：/uploads/soft/210205/17-210205154940.pdf

图2：GeoScope^TM MK IV主机

二、 三维探达多通道天线阵

DX系列天线阵代表了三维探达数据采集的ZX创新。空气耦合天线阵适合需要天线距离地面一定高度的应用，如：公路和铁路的快速检测以及雷达和未探测。天线阵可以以连续的200MHz—3GHz频率范围，最高41个通道进行扫描。天线阵以一定扫描线密度采集三维雷达数据。DX系列天线阵浅层分辨率极高，与传统的脉冲式空耦探达系统相比，可以达到更深的探测。

点击链接查看DX系列天线详细资料：/uploads/soft/210205/17-210205155037.pdf

2.2. DXG系列空气耦合天线阵介绍

DXG系列地面耦合天线阵是地下目标探测的理想工具，三维高精度高分辨率的地下结构数据可以快速采集和分析。DXG系列地面耦合天线阵，连续频率范围为200MHz-3GHz，是目前市场上最宽频带天线阵，在每个探测深度下使得分辨率ZY化。
这种独特的宽频天线设计包含蝴蝶结单极天线阵子，其中结合了不同的发射/接收天线对，使得用户可以按通道间隔7.5cm采集多条测线的高密度三维数据。 天线阵配置了一个标准5/8英寸的螺孔，可以很容易固定GPS天线或全站仪棱镜。

图4：DXG系列天线阵
 

为进一步拓展3D雷达的探测深度，3D-Radar公司于2020年春季发布了一款ZX的DXV型地面耦合天线阵，这种天线的频率范围从30MHz到1.5GHz，横断面采样间隔16.5cm，比DXG型天线的测试深度更深，更加适合用于地下管线，地下塌陷、空洞和其他地下结构病害的探测。

图5：DXV系列天线阵

3D-Radar公司的采集软件能够让用户在现场采集数据时，同时显示各个通道纵断面雷达图，横断面以及所选的深度水平视图，这样同步显示的三视图使得现场勘查工作更容易，用户可以实时观看和识别探测目标并进行标记。这种独特功能使得用户可以追踪目标体如管线等。如果再配置GPS，用户可以直接标记目标图的精确位置。

Examiner^TM可以无缝拼接并显示包含多条3D雷达数据文件的大型项目文件。三视图的窗口非常便于进行数据分析。用户可以通过实时渲染的方式对数据进行平移、缩放和深度变化等操作，从而获得任意区域的高分辨数据图像。用户可以通过初步浏览这些数据图像，快速识别需要进一步分析的区域，并在三视图上进行数据分析和解释，分析结果还可以同步到Google，Bing等数字地图上展示，由此来实现路网级的管理和病害定位。专用的预览窗口可以创建、保存和共享处理模板，使得Examiner^TM数据处理变得更容易。

图7：Examiner^TM 三维探达数据处理和分析软件

三维探达系统优势：

● 主机采用创新的数字步进频率雷达技术

● 天线应用引领GPR天线设计的电子扫描无线阵技术
● 实时三维显示测试数据及分析结果
● 高分辨率道路无损检测先进设备

三维探达应用领域：

● 高速公路、市政道路路基、路面检测
● 桥梁检测
● 地下管线调查与测绘
● 机场跑道检测
● 铁路路基检测