雷达抗干扰论文

军用雷达工作的环境中可能出现各种有缘干扰和无源干扰（一方面是在低空和超低空发现来袭目标时，存在固有的苛刻的自然环境；另一方面是由于敌方施放的有源干扰和无源干扰），因此需采取相应的反干扰措施来消除或减弱这些干扰的影响，以发挥雷达的功能。千方百计地提高雷达的抗干扰性能已成为雷达设计者所面临的严峻任务。没有抗干扰能力的雷达是很难在现代战争中发挥作用的，而且还会成为敌方利用和摧毁的目标。20世纪70年代以来，已有100多种抗干扰措施出现，随着干扰和抗干扰的斗争，今后还将继续发展各种有效的针对性的抗干扰方法。 我们在下面将按天线、发射机、接收机和信号处理等主要雷达分机分别讨论其抗干扰措施。值得指出的好似：抗干扰包括为了削弱敌方电子干扰活动而采用的任何行动，除了电子技术和方法外还可能包括战术、配置和运用原则等，不过本书只限电子技术和方法类的抗干扰措施。 与天线有关的电子抗干扰 天线是雷达与工作环境间的转换器，是抵御外界干扰的第一道防线。收/发天线的方向性可以作为电子抗干扰的一种方式进行空间鉴别。它能产生雷达空间鉴别的技术包括低旁瓣、旁瓣消隐、波束宽度控制和天线覆盖范围和扫描控制。 当有一部分较远距离的干扰机干扰雷达时，如果设法保持极低的天线旁瓣，则可以防止干扰能量通过旁瓣进入雷达接收机；到那个天线主波瓣扫描到包含干扰机的方位扇区时，闭塞或关断接收机，抑或减小扫描覆盖的扇区，使雷达不会“观察”到干扰机而受其干扰，这样便可在整个扇区内基本上保持雷达探测目标的性能，而干扰机所处方位附近除外。这种天线扫描覆盖区控制可以用自动或自适应的方法来实现，以消除空间分散的单个干扰源，并防止在规定区域内雷达的辐射被电子侦察接收机和侦向机发现。 可以采用窄的天线波束宽度，此时相应为高增益天线集中照射目标，并“穿透”干扰。具有多个波束的天线可用来取出包含干扰的波束而保留其他波束的检测能力。 某些欺干扰机依靠已知或测出的天线扫描速率来施行欺干扰，这是采用随机性的电扫描能有效地防止这些欺干扰机与天线扫描同步。从以上讨论可看出，空盒子天线波束、覆盖区和扫描方法的等对所有雷达来说是有价值的和值得采用的电子抗干扰措施，其代价可能是增加天线的复杂性、成本甚至重量除了对天线主瓣的干扰外，更重要的是天仙旁瓣干扰。为了达到抑制从旁瓣进入的干扰，要求天线的旁瓣电平极低（曾估算过，机载干扰机时，地面远程防控搜索雷达的天线旁瓣增益应为—60dB或更低；远距干扰时，旁瓣应低于40dB），这对实际的天线设计来讲是很难达到的，为此应寻找其他的旁瓣反干扰方法。 与发射机有关的电子抗干扰 不同类型的ECCM的实现就是适当地利用和控制发射信号的功率，频率和波形。 （1）增加有效辐射功率。这是一种对抗有源干扰的强有力的手段，此方法可增加信号/干扰功率比。如果配合天线，对目标的“聚光”照射，便能明显增大此时雷达的探测距离。雷达的发射要采用功率管理，以减小平时雷达被侦察的概率。 （2）发射频率。在发射频率上可采用频率节便或频率分集的办法，前者是指雷达在脉冲间与脉冲间或脉冲串与脉冲串之间改变发射频率，后者是指几部雷达发射机工作于不同的频率而将其接收信号综合利用。这些技术代表一种扩展频谱的电子干扰方法，发射信号将在频域内尽可能展宽，以降低被敌方侦察的可检测度，并且加重敌方电子干扰的负荷而使干扰更困难。 （3）发射波形编码。波形编码包括脉冲重复频率跳变，参差编码和脉间编码等。所有这些技术使得欺干扰更加困难，因为敌方将无法获悉或无法预测发射波形的精确结构。脉内编码的可压缩复杂信号可有效地改善目标检测能力。它具有大的平均功率而峰值功率较小;其较宽的宽带可改善距离分辨力并能减小箔条类无干源干扰的反射；由于它的峰值功率低，使辐射信号不易被敌方电子支援措施侦察到。因此，采用此类复杂信号的脉冲压缩雷达具有较好的ECCM性能。 与接收机，信号处理有关的电子抗干扰 （1）接收机饱和。经天线反干扰后残存的干扰如果足够大，则将引起接受处理系统的饱和。接收机饱和将导致目标信息的丢失。因此，要根据雷达的用途研制主要用于抗干扰的增益控制和抗饱和电路。而已采用的宽-限-窄电路是一种主要用来抗扫频干扰，以防接收机饱和的专门电路。 （2）信号鉴别。对抗脉冲干扰的有效措施是采用脉宽的脉冲重复频率鉴别电路。这类电路测量接收到脉冲的宽度和（或）重复频率后如果发现和发射信号的参数不同，则不让它们到达信号处理设备或终端显示器。 （3）信号处理技术。现代雷达信号处理技术已经比较完善，例如，用来消除地面和云雨杂波的动目标显示（MTI）和动目标检测（MTD），对于消除箔条等干扰是同样有效地。除了上述参数处理外，非相参处理的恒虚警率电路可以用提高检测门限的办法来减小干扰的作用。在信号处理机种获得的信号积累增益是一种有效的电子抗干扰手段。

大自然的启示那是一个万物复苏的日子，我走在家门外，忽然发现天空中飘着许许多多纤维状的物体，一大片，一大片，像下雪似的，但又比雪花更绵薄更柔软，纷纷扬扬，连天扯地。我很久都没看见这种东西了，现在偶然看到这个景象，不由得让我吃惊，那是蒲公英在靠风力传播种子。因为有了它，这世界才变得如此活力和勃勃生机。谁见了这种场面也不会无动于衷，谁都不能不被这种生命不计成本、不惜一切代价的付出和投资所感动，在它辛苦的飘散中，仿佛听见有一种声音在殷切地呼唤，那是它在呼唤每一粒种子落入黑乎乎的泥土，绽出一枝嫩绿的新芽，在春天里疯长，散发着生命的芬芳。但是这些成千上万飘飞着的蒲公英，也许只有一颗种子能够遇到一片沃土,助它生根、发芽，长成一棵棵浓郁蔽日的参天“大树”。而其余的种子，因为土地的贫瘠，尽管艰难地生长，终究无法蔚然成阴，而早早地夭折在胚胎中，但它依然如故，在这个季节从不失约地如期而至，自始至终不间断地潜心这项浩大的生命工程的创造与劳动，只管耕耘，不问收获。人类生命的绝唱由祖先亚当和夏娃来引导，在大自然的启示下，我们应该懂得怎样感谢生命，珍惜生命，把握生命，可是因为生命本能的使然，还是一种强烈生命意识的觉醒，想在创造中使自己的生命得以延伸葆有一份永恒？是它深喑生命的无常，才将自己所有的精髓毫不保留地撒向人间，最大限度地展示一种生命过程。因此，我们没有理由不对生命投以虔诚的谢意和崇高的敬畏。毕竟，生命属于每个人只有一次。即使在人生的道路上，事业、前途、爱情、家庭都如泡沫一样破灭了，也不必悲观，不要绝望。我要感谢生命、大自然，赋予我像蒲公英那样纯洁而质朴、异常珍贵而不懈努力的存在。要知道，生存本身就是一种资本，一种幸运，一种对不公平命运勇敢的挑战和蔑视。

利用电磁波探测目标的电子设备。它发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。雷达是英文RADAR(Radio Detection And Ranging)的译音，意为“无线电检测和测距”。雷达的优点是白天黑夜均能检测到远距离的较小目标，不为雾、云和雨所阻挡。雷达是现代战争必不可少的电子装备。它不仅应用於军事，而且也应用於国民经济(如交通运输、气象预报和资源探测等)和科学研究(如航天、大气物理、电离层结构和天体研究等)以及其他一些领域。 发展简史 雷达的基本概念形成於20世纪初。但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。早在20世纪初，欧洲和美国的一些科学家已知道电磁波被物体反射的现象。1922年，义大利马可尼，G发表了无线电波可能检测物体的论文。美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发觉在其间通过的船只。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。1936年，美国研制出作用距离达40公里、分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。1938年，英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。 第二次世界大战期间，由於作战需要，雷达技术发展极为迅速。就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管，把频率提高到500兆赫以上。这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高射炮控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。1939年，英国发明工作在3000兆赫的功率磁控管，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达，使盟军在空中作战和空-海作战方面获得优势。大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。在高炮火控方面，美国研制的精密自动跟踪雷达SCR-584，使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机。 40年代后期出现了动目标显示技术，这有利於在地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。高性能的动目标显示雷达必须发射相干信号，於是研制了功率行波管、速调管、前向波管等器件。50年代出现了高速喷气式飞机，60年代又出现了低空突防飞机和中、远程导弹以及军用卫星，促进了雷达性能的迅速提高。60～70年代，电子计算机、微处理器、微波集成电路和大规模数字集成电路等应用到雷达上，使雷达性能大大提高，同时减小了体积和重量，提高了可靠性。在雷达新体制、新技术方面，50年代已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术等；60年代出现了相控阵雷达；70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世。 在中国，雷达技术从50年代初才开始发展起来。中国研制的雷达已装备军队。中国已经研制成防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地-空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量与回收雷达。中国研制的大型雷达还用於观测中国和其他国家发射的人造卫星。在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、飞机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用。中国研制成的机载合成孔径雷达已能获得大面积清晰的测绘地图。中国研制的新一代雷达均已采用计算机或微处理器，并应用了中、大规模集成电路的数字式信息处理技术，频率已扩展至毫米波段。 工作原理 雷达天线把发射机提供的电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波。这些反射波载有该物体的信息并被雷达天线接收，送至雷达接收设备进行处理，提取人们所需要的有用信息并滤除无用信息。 雷达可分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。单一频率连续波雷达是一种最为简单的雷达形式，容易获得运动目标与雷达之间的距离变化率(即径向速度)。它的主要缺点是：无法直接测知目标距离，如欲测知目标距离，则必须调频，但用调频连续波测得的目标距离远不及脉冲雷达精确；在多目标的环境中容易混淆目标；大多数连续波雷达的接收天线和发射天线必须分开，并要求有一定的隔离度。 脉冲雷达 容易实现精确测距，而且接收回波是在发射脉冲休止期内，不存在接收天线与发射天线隔离的问题，因此绝大多数脉冲雷达的接收天线和发射天线是同一副天线。由於这些优点，脉冲雷达(图1 脉冲雷达简化框图 )在各种雷达中居於主要地位。这种雷达发射的脉冲信号可以是单一载频的矩形脉冲，如普通脉冲雷达的情形；也可以是编码或调频形式的脉冲调制信号，这种信号可以增大信号带宽，并在接收机中经匹配滤波输出很窄的脉冲，从而提高雷达的测距精度和距离分辨力，这就是脉冲压缩雷达。此外，雷达发射的相邻脉冲之间的相位可以是不相干(随机)的，也可以是具有一定规律的相干信号。相干信号的频谱纯度高，能得到好的动目标显示性能。 目标定位 对地面和海面目标定位，就是测量它相对於雷达的距离和方位。对空中目标的定位则需要同时测量距离、方位和高度，这种雷达称为三坐标雷达。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因为电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束来测量。在同样窄的波束条件下，用单脉冲方法可得到比单一波束更高的测量精度(见跟踪雷达)。仰角靠窄的仰角波束测量。根据目标的仰角和距离就能通过计算得到目标高度，精确的仰角同样可用单脉冲方法获得。 多普勒频率 当雷达和目标之间有相对运动时，雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。若目标作接近雷达的运动，则接收到的回波频率高於发射频率，多普勒频率是正值，相反为负值。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率(也称径向速度)，它们之间的关系fd=2d/d，式中fd为多普勒频率，为发射波长，d/d为距离变化率。 当目标与干扰杂波同时存在於雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从比目标回波强得多的干扰杂波中检测和跟踪目标。方法可分为非相干动目标显示和相干动目标显示。非相干动目标显示是依靠目标和干扰物两者多普勒频率不同而产生的差拍频率，这个差拍频率可以直接从显示器上看出。这种方式的优点是经济简单，缺点是性能不佳，因为必须有干扰物存在时才能通过差拍频率检测到目标，而当干扰杂波比目标回波强得多时，则会使差拍频率幅度变化极小而难以检测。因此，性能优良的雷达均采用相干动目标显示的方法。雷达要在强大干扰杂波中检测目标回波，必须有好的相干性，这就要用晶体振荡倍频放大式发射机。在信号处理上，较简单的是用杂波滤波器，通常称为动目标显示技术；更复杂的是在杂波滤波器之后再串接一列在频率上相邻接的窄带滤波器组，这样就能获得更好的效果。这种方式在低重复频率时通常称为动目标检测技术，地面动目标检测雷达有时还配有地杂波图以提高性能；在高脉冲重复频率时，通常称为脉冲多普勒技术。性能先进的机载下视雷达均采用脉冲多普勒技术。 主要组成 脉冲调制雷达的主要组成包括发射机、脉冲调制器、收发开关、天线、接收机、显示器和定时器等部分。 发射机 它可以是一个磁控管振荡器。这是微波雷达发射机早期的方式，简单的雷达仍在沿用。现代的高性能雷达要求有相干信号和高的频率稳定度。因此就需要用晶体振荡器作为稳定频率源，并通过倍频功率放大链得到所需的相干性、稳定度和功率。放大链的末级功率放大管最常用的是功率行波管或速调管。频率低於600兆赫时，可以使用微波三极管或微波四极管。 脉冲调制器 它产生供发射机开关用的调制脉冲。它必须具有发射高频脉冲所需要的脉冲宽度，并提供开关发射管所需的调制能量。使用真空管或晶体管作为放电开关，称为刚管调制；使用氢闸流管对人工线储能作放电开关，称为软管调制。此外，也可用电磁元件作脉冲开关调制。对调制脉冲的一般要求是起边和落边较陡，脉冲顶部平坦。 收发开关 它在发射脉冲时切断接收支路，尽量减少漏入接收支路的发射脉冲能量；当发射脉冲结束时断开发射支路，由天线接收的回波信号经收发开关全部进入接收支路。收发开关通常由特殊的充气管组成。发射时，充气管电离打火形成短路状态，发射脉冲通过后即恢复开路状态。为了不阻塞近距离目标回波，充气管从电离短路状态到电离消除开路状态的时间极短，通常为微秒量级，对於某些雷达体制为纳秒量级。 天线 雷达要有很高的目标定向精度，这就要求天线具有窄的波束。搜索目标时，天线波束对一定的空域进行扫描。扫描可以采用机械转动方法，也可以采用电子扫描方法。大多数天线只有一个波束，但有的天线同时有几个波束。分布在天线副瓣中的能量应尽量小，低副瓣天线是抗干扰所需要的。 接收机 一般采用超外差式。在接收机的前端有一个低噪声高频放大级。放大后的载频信号和本振信号混频成中频信号。模拟式信号处理(如脉冲压缩和动目标显示等)在中频放大级进行，然后检波并将目标信号输至显示器。采用数字信号处理时，为了降低处理运算的速率，应该把信号混频至零中频；为了保持相位信息，零中频信号分解成二个互相正交的信号，分别进入不同的两条支路，然后对这两条支路作数字式处理，再将处理结果合并。 显示器 把雷达获得的经过处理的有用信息显示给雷达观察员的设备(见雷达显示器)。通常是把这些信息显示在阴极射线管荧光屏上。较为简单的雷达是在模拟处理后将信息直接输送至显示器。最常见的显示器是搜索雷达用的平面位置显示器，它的优点是能把雷达四周的目标全部直观地显示出来。雷达处在显示器中心原点上，细小的辉亮弧条表示飞机目标。目标所处的方位判读与地图的读法相同，即正上方表示正北(相对於雷达)。辉亮目标和中心点之间的距离表示雷达至目标间的距离。对於先进的雷达，信息经数字处理后还输送给平面位置显示器，用以消除荧光屏上剩余的杂波和噪声。另外，还可将地图重叠到显示器上(图2 数字处理后的目标与航路管制区图形叠合的平面位置显示 )。如果是三坐标雷达，还可在目标旁用数码表示目标高度。新型表格显示器还能将目标的批号和其他有用的信息全部以数码形式表示出来(图3 多批目标表格显示 )。 定时器 雷达是一种复杂的系统，由许多具有不同功能的分机组成。这些分机必须按照一定的节拍，或同时或先后进行工作。定时器就是以触发脉冲的形式，为这些分机提供所需的精确节拍的设备。 应用 现代雷达的应用极为广泛，它不仅作为武器装备应用於军事，成为目标搜索、跟踪、测量和武器引导、控制以及敌我识别等不可缺少的设备，而且在民用和科学研究方面也有十分重要的作用，如机场和海港的管理、空中交通管制、天气预报、导航及天文研究等都需要使用雷达。 军事应用 搜索和引导：对空搜索雷达的用途是尽早发现敌方飞机；对海搜索雷达用以发现敌方舰船。搜索雷达通常是二坐标的，即测定入侵武器的实时方位和距离。发现敌机后若要引导己方歼击机去迎击，还需要测定敌机高度，需要用三坐标雷达进行引导。三坐标引导雷达可兼作搜索之用。第三个坐标(仰角)可用多波束、频扫和相扫等方法获得。跟踪测量和火控：在发射导弹和卫星时，为了知道其是否进入正确的轨道，在起飞段需要有精密的跟踪测量雷达，测定目标的方位、距离、高度、速度等信息。这种雷达通常采用单脉冲测角方式，并把自动化跟踪的数据输入计算机，获得目标的未来轨迹。高射炮或地空导弹的火控雷达也用单脉冲测角，它不仅精度高，而且抗干扰能力强。敌我识别：敌我识别器用於探明目标是敌机还是我机(友机)，这是一种利用二次雷达原理工作的设备。敌我识别器包括询问机和应答器，实际上是一种特殊的发射、接收设备。询问机通过天线向目标发射编码询问信号，我(友)机上装的应答器在收到询问信号后发回特殊的编码回答信号。回答信号经询问机接收并解码后在显示器上显示出我机的标志。战斗机下视、下射和测绘：机载雷达具有下视能力，以发现低空飞行的飞机、巡航导弹或地面高速行驶的车辆，这时会有很强的地杂波从天线进入接收机中。另外，由於雷达载机的高速飞行，地杂波谱会发生很大扩散。这些都会增加机载雷达从地杂波中检测动目标的难度。机载下视雷达的另一重要用途是地形测绘，其原理是利用雷达载机高速运动对地面各点所产生的不同的多普勒频率变化，使方位分辨力比天线真实方位波束的分辨力提高数百倍甚至上千倍(见合成孔径雷达)。雷达测绘地图可接近光学照相所能达到的清晰度，并且不受气象条件和黑夜的限制。但是，飞机对机载雷达的体积重量限制极严，因而必须采用优越的结构设计、精密的加工和先进的设备。微波集成、线性电路集成和大规模数字电路集成是减轻重量、缩小体积和提高可靠性的重要技术途径。 民用和科研应用 机场和海港管理：现代机场的飞机起落频繁，而且要求在黑夜或能见度差的云雾天气安全正点起落。因此，空中交通管制雷达就成为现代机场必备的设备，以实现全面的空中交通管制。现代机场配有较远距离的航线监视雷达、机场上空四周的空中监视雷达和观测跑道上飞机的高分辨力航空港监视雷达等。海港和河港的船舶进出也十分频繁，必须使用分辨力高的雷达和应答器提供监视、指挥、进港导航等服务，以避免碰撞、搁浅等灾难。气象预报：气象雷达能对恶劣天气提前发出警报，例如，可观测400～500公里以外的台风中心并测知其行进速度和方向。海船上和飞机上装有气象雷达，可测知前进航道上的暴风雨区，从而采取绕道行驶的航线。天文研究：天文雷达是研究较近天体的有力工具，它能精确测定天体离测定点的距离。现代雷达测月球距离的精度已达米的量级，这是其他方法无法达到的。它还能测知天体的形状和自转的方向与速度等。导航：舰船上一般均装有导航雷达，这种雷达应有较高分辨力，避免在航行中与邻近的船只或小岛碰撞。有些飞机上装有多普勒导航雷达，多以连续波工作，天线产生前后左右几个波束，藉以测定航线的偏差。 发展趋势 相控阵雷达特别是固态相控阵雷达具有极高的可靠性，它的天线有可能与装载雷达的飞机或卫星等载体的形状完全贴合(称为共形天线)，是受到人们重视的新型雷达。动目标检测和脉冲多普勒雷达具有在极强杂波中检测小的动目标的能力，已得到进一步发展。雷达波长将向更短的方向扩展，从3毫米直至激光波段。毫米波雷达和激光雷达的信号虽然在大气层内有严重衰减，但更适於装在卫星或宇宙飞船上工作，只用很小的天线就能得到极高的定位精度和分辨力。雷达设备模块化、小型化、高机动性和高可靠性是总的发展趋势。为了提高军用雷达的抗干扰性能和生存能力，除改进雷达本身设计外，把多种雷达组合成网，则可获得更多的自由度。天线和信息处理的自适应技术，导弹真假弹头和飞机机型、架数的识别技术，也是雷达技术的重要研究课题。

车载阵列雷达在道路塌陷灾害预警探测中的技术应用(大连中睿科技发展有限公司，辽宁省大连市 116025)The Applications of Vehicle-mounted Array Radar forEarly-warning Detection of Road Cave-inCui Haitao, Chen Jie, Li Min, Bai Xu摘要：近年来，许多城市发生了道路塌陷灾害，造成重大的生命财产损失和严重的社会影响。本论文针对城市道路塌陷灾害的预警探测需求，研制出具有自主知识产权的车载阵列雷达系统，可以对道路病害进行可视化探测与精确定位。该雷达系统已成功地应用于多个城市的道路塌陷灾害预警探测，并形成了一套探测道路塌陷灾害的技术方法。关键词：道路病害；病害预警探测；车载阵列雷达 一、引言近年来，全国范围的城市道路塌陷灾害频繁爆发，大范围、高频次、导致多人死伤的恶性塌陷事故接连发生，造成重大的生命财产损失和严重社会影响，直接威胁到城市公众安全，灾害治理已经刻不容缓。目前，城市道路塌陷灾害的发生已经遍及全国各个省市，从北京、上海、广州、深圳这样的一线城市，到哈尔滨、长春、大连、太原、西安、武汉、长沙、福州、厦门这样的二线城市，以及兰州、银川、乌鲁木齐这样的西部边远城市均有发生，甚至张家口、邯郸、宣城、荆州、湘潭、娄底、固原、库尔勒这样的中小城市也同样面临着不断发生塌陷灾害的严重威胁。调查研究表明，绝大多数的城市道路塌陷与地下管线直接相关，是典型的地下管线次生灾害。统计显示，大多数的地下空洞塌陷发生在地表以下0~3m范围内[1]。各种诱因导致地下管线损坏或直接使管线周围土体松散，在各种流水因素作用下发生土体流失，在管线周围产生空洞，空洞逐步发展扩大并最终导致路面塌陷发生灾害。这些引起空洞塌陷灾害的诱因包括[2][3]：地下管线老化渗漏、管线施工回填不实、地表水下渗冲刷、地下水位下降、地铁施工扰动、地下人防等设施老化坍塌、湿陷性黄土垮塌、溶洞垮塌等。科学研究和对塌陷灾害的调查分析表明，采用先进的高科技物探设备定期对城市道路进行普查探测，提前发现隐伏在地下的空洞，提前预警并采取排险措施，才能防患于未然，避免塌陷事故发生。 二、车载阵列雷达系统在城市中开展道路下方隐伏空洞探测作业，由于道路交通繁忙，周边环境干扰大，常用的工程物探方法如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等，应用效果差，成本高，速度慢，难以在城市中大范围应用。探地雷达具有效率高、抗干扰、精度高、现场作业方便等特点，是城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术。国内外的工程实践表明，探地雷达已成为探测道路下方隐伏病害唯一现实可行的技术手段，适用于脱空、空洞、土体疏松、富水等多种道路病害检测[4][5]。由于我国城市众多，城市面积普遍较大、城市地下地质情况和地下构筑物比较复杂，常规的单（双）通道探地雷达和人工探测作业方式在灾害普查探测效率和探测成果可靠性方面存在一定局限性，探测效率低、工作量大，不能满足城市大里程、大面积道路探测需要，亟需快速高效的车载多通道阵列雷达系统。针对上述需求，我们研制了一套车载阵列雷达系统（如图1所示），该设备以多通道超宽带探地雷达技术和大型天线阵列技术为核心，专门针对大范围、大里程的公路和城市道路塌陷灾害普查探测进行了创新设计。                           图1车载式道路病害灾害预警雷达系统天线阵列中包括5个400MHz天线、2个200MHz天线和1个100MHz天线（如图2所示），兼顾了雷达的探测深度和分辨率。雷达系统的探测宽度为75m，探测深度范围为0~10m，行进速度为10~20km/h。探测精度可达厘米级，可以对城市道路进行地毯式、全覆盖普查探测。雷达系统对地下病害体进行多通道同步联合扫描和测量，最大限度地获取病害体的空间信息和病害特征，极大地提高了雷达探测和识别的质量与效率。同时，多通道数据之间的相关性使得雷达图像的判读更加准确可靠。图2天线阵列排列示意图该车载雷达系统集成了8通道探地雷达天线阵列、3G天线、激光线扫描工业相机、RTK精确定位系统、控制中心、红外高清摄像系统、DMI测距仪等（如图3所示），将阵列雷达数据、经纬度坐标信息、现场视频场景和道路表面高清图像等多种数据同步采集，融合进入系统数据库，形成一个多信息综合采集平台，快速高效地对道路病害灾害进行可视化探测与精确定位，可广泛应用于各类道路病害灾害普查探测。得益于这一开创性的探测技术平台和全新的普查探测作业模式，物探工程师能够在一个集成统一的界面上，利用多通道雷达获取每一个地下空洞异常，确定其精确坐标位置，观察该处的现场环境和道路表面情况，通过多种信息综合分析和判断，迅速得出可靠结论。图3车载雷达系统组成自主研发的车载道路病害灾害预警雷达系统已经取得国家知识产权局授予的产品技术与利和软件著作权[6][7]，并形成完整的企业知识产权体系。2015年，该系统通过住房和城乡建设部的科技成果评估。 三、技术方法车载阵列雷达的道路塌陷病害探测技术方法分为普查探测、疑似点筛选、疑似点复核、管线会签和验证五个步骤。（1）普查探测车载雷达系统对指定作业区域进行普查探测，在DMI的触发下，同步采集并保存多种传感器数据。（2）疑似点筛选疑似点筛选时，平台软件读取数据库，将多通道雷达数据、影像数据和地图同步联动显示。多通道雷达数据处理的步骤通常包括零点调节、频域滤波、增益调整、背景去除等，根据病害的回波特征筛选出病害疑似点，并结合各通道雷达数据的相关性分析出病害疑似点的规模。根据疑似点的经纬度坐标和周边的影像，确定疑似点在道路的具体位置。确定疑似点时还要参考影像排除干扰，如路面颠簸、钢板、地下人行通道、隧道、过街天桥等。（3）疑似点复核用常规的单通道探地雷达对筛选出的异常点进行复核。复核时，使用多种中心频率的天线对异常区域进行多条测线加密探测。并通过雷达图像和周边井盖，确定疑似点周围的管线分布，排除地下管沟、井室等造成的误判。对疑似点进行复核后，确定异常区域的位置、规模和埋深。（4）管线会签城市地下分布众多管线，分属不同的专业部门管理，涉及供水、排水、电力、燃气、供热、通信信息、广播电视、公安交通等管线权属单位。为了避免验证时破坏管线，在施工前做好会签手续。由市政部门组织各家管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布。（5）验证通过钻孔或开挖方法进行验证。 四、案例车载阵列雷达系统已在沈阳、大连、厦门、广州、深圳、南京、镇江、长春、石家庄等城市成功进行了工程应用。1 厦门市思明区道路塌陷灾害普查探测2015年5月-9月，厦门市思明区采用车载阵列雷达系统对辖区内的主要道路进行了塌陷灾害普查探测，完成测线里程约200公里，通过探测发现多处空洞灾害点，有效预警了道路塌陷灾害，经工程处治后避免了塌陷事故的发生。图4是在厦门西堤路探测到的一处大型空洞，钻孔验证后进行了开挖回填处治，及时排出了险情。  图4 厦门西堤路空洞 2 广州市天河区道路塌陷灾害普查探测2015年4月，车载阵列雷达系统在广州市天河区进行了道路塌陷灾害普查探测，发现了多处空洞灾害点。图5是天河区科韵路探测到一处大型空洞，灾害面积达30平方米，洞底深度2米，洞顶距离表面仅3米，随时会发生坍塌。通过钻孔、钎探和电子内窥镜等方式对病害点检查评估后，相关部门对该位置进行了注浆排险作业，避免了事故的发生。图5 广州科韵路空洞 3 长春市地铁沿线道路塌陷灾害普查探测由于地铁施工造成地层扰动，长春地铁沿线发生过多起道路塌陷事故。2016年3月，车载阵列雷达系统对长春市在建的地铁1号线和2号线沿线（人民大街、吉林大路和解放大路）进行了道路塌陷灾害普查探测，在普查探测中发现了多处病害疑似点。长春市市政设施维护管理中心道路路灯部召集各管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布（图6）。通过钻孔或开挖验证（图7），查明了多处空洞和疏松道路病害点，病害点的分布如图8所示。 图6 管线会签图 图7 钻孔现场 图8 长春道路病害点分布图 案例1：该灾害点位于吉林大路与临河二条交汇处东侧东向外侧慢车道，雷达车普查探测发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像（图9），确认该处为典型地下隐伏空洞灾害，灾害部位南北向长5米，东西向宽2米，空洞埋深42米。经探查，该灾害点下方7米处为一根混凝土排水管，管体接入灾害点旁边的排水井，开井盖检查发现，管体接入部位周围存在流土堆积现象，判断为附近路面集水井水体侵入灾害部位冲刷土体，经旁边排水井流失，形成空洞。相关部门立即对灾害部位空洞进行开挖回填处治，并整修了排水井。图9 钻孔内窥镜录像截屏 案例2：图10是该雷达系统在解放大路东侧起点处西向外侧慢车道发现的一处富水空洞。普查探测中发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应和水体反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像，确认该处为严重水浸地下隐伏空洞灾害，灾害部位东西向长4米，南北向宽2米，空洞埋深35米。经探查，该灾害点下方2米处为一根自来水管，管体严重漏水冲刷灾害部位土体后集中流入旁边路面集水井，水冲刷流失量大，水流清澈，钻探表明灾害部位土体已完全冲刷，仅余碎石，形成充水空洞。该处经泄露自来水较长时间冲刷，塌陷风险极大。相关部门立即对该灾害部位的自来水管进行抢修，并及时回填处置了该处空洞。图10 长春解放大路空洞 五、结论车载阵列雷达是预警探测城市道路塌陷灾害的首选技术装备，在工程实践当中，制定合理作业流程和作业方法，充分发挥其技术优势和效率，可以准确可靠地探测发现地下隐伏空洞，及时预警，切实防范和减少道路塌陷灾害事故的发生。 参考文献[1]杨彩侠城市道路路面塌陷成因初探 山西建筑,2013, 39(15):113-[2]宋谷长,叶远春, 刘庆仁北京市城市道路塌陷成因及对策分析 城市道桥与防洪,2011, 8:250-[3]周正刚城市道路塌陷原因分析及预防措施 路桥工程，2015,5(11)[4]Ryoji Hirata, AkioM Anintroduction and a case study of the vehicle for exploring structures underroad using GPR, Near Surface Geophysics Asia Pacific Conference, July 17-19,2013, Beijing, C[5]薛建,曾昭发, 王者江,刘明辉 探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法物探与化探, 2010,34(5):617-[6]崔海涛,王少华 车载道路灾害、病害预警雷达系统（VGPR-20）,专利公开号CN302973058S 公开日:2014-10-[7]崔海涛,王少华 一种车载道路灾害病害预警雷达系统,专利公开号­: CN203870250U 公开日:2014-10-