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在他的博士论文中首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