王百泉， 劉昌斌， 王 華， 張安學(xué), *， 陳思宇， 謝 韜

(1. 中鐵隧道局集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州 511458； 2. 廣東省隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)控與維護(hù)企業(yè)重點實驗室， 廣東 廣州 511458； 3. 西安交通大學(xué)電磁與信息技術(shù)研究所， 陜西 西安 710049 )

0 引言

近年來，我國鐵路交通飛速發(fā)展，隧道里程量的不斷提高，對隧道的質(zhì)量檢驗、病害排除以及日常維護(hù)工作提出了巨大挑戰(zhàn)[1-2]。 探地雷達(dá) (GPR, ground-penetrating radar)作為一種利用高頻電磁波獲取地下介質(zhì)分布規(guī)律的無損探測設(shè)備[3]，是隧道襯砌空洞、裂縫等病害檢測的主流方法，具有快速、分辨率高等優(yōu)點[4-5]。傳統(tǒng)的單通道GPR通常由時序控制模塊、信號源、收發(fā)天線、上位機(jī)4部分構(gòu)成[6]； 多通道GPR則具有多組相關(guān)的時序控制電路、窄脈沖信號源和收發(fā)天線。GPR的多通道探測一方面可以提高雷達(dá)的探測精度、范圍和跟蹤性能，另一方面也可以滿足如三維成像等更為復(fù)雜的探測需求[7-8]。

本文涉及到一種多發(fā)多收體系的多通道瞬態(tài)脈沖型GPR[9]。這種GPR需要考慮多通道同時工作時產(chǎn)生的通道間串?dāng)_。盡管GPR的每個通道一般都會設(shè)計有屏蔽結(jié)構(gòu)(如鋪設(shè)吸波材料)，但是當(dāng)雷達(dá)通道密集分布時，這種強(qiáng)干擾依然無法被有效地消除，從而降低雷達(dá)的探測精度。目前，關(guān)于消除多發(fā)多收體系GPR通道間串?dāng)_的文獻(xiàn)較少，可供借鑒的有利用程控多路開關(guān)對通道進(jìn)行快速切換來消除通道間串?dāng)_[10]。程控開關(guān)具有切換速度快、靈活度高的優(yōu)勢，但開關(guān)本身存在的寄生參數(shù)、通道間的電路串?dāng)_以及開關(guān)切換時引入的高頻噪聲都會影響信號質(zhì)量，且開關(guān)器件的引入會帶來額外的成本和開發(fā)難度[11-12]，加之該方法主要以多路復(fù)用的方式應(yīng)用于一發(fā)多收體系的GPR中[13]，從結(jié)構(gòu)上很難適用于多發(fā)多收系統(tǒng)。也有文獻(xiàn)提及了Sensors & Software Inc.公司的GPR系統(tǒng)通過交錯采集方式實現(xiàn)多通道同時采集[14-15]，但這種交錯采集方式同樣針對的是單發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，不適用于多發(fā)多收系統(tǒng)。

本文基于分時復(fù)用原理，設(shè)計一種瞬態(tài)脈沖型多通道GPR時序控制模塊，并成功應(yīng)用于3頻段6通道隧道病害檢測探地雷達(dá)系統(tǒng)，使得雙200 MHz、雙400 MHz以及雙900 MHz通道能在互不影響的前提下同時工作。試驗和測試結(jié)果表明，本文提出的時序控制模塊能有效降低6通道GPR系統(tǒng)通道間的串?dāng)_并實現(xiàn)GPR 6個通道同時有效工作。

1 6通道探地雷達(dá)系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)原理

由GPR的基本原理可知[16]，瞬態(tài)脈沖型GPR主要通過脈沖信號的發(fā)射、接收和采樣實現(xiàn)對介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布規(guī)律的信息獲取。脈沖型GPR的脈沖信號屬于超寬帶信號，而影響GPR性能的主要因素在于超寬帶信號采樣方案的選取。等效采樣是目前GPR系統(tǒng)中主流的超寬帶信號采樣方法[17]，既比實時采樣易于實現(xiàn)，又能輕易獲得當(dāng)前實時采樣技術(shù)達(dá)不到的極高采樣率。

就工作原理而言，單通道GPR與多發(fā)多收的多通道GPR完全一樣，主要區(qū)別在于多通道GPR的設(shè)計需要考慮通道間的協(xié)調(diào)關(guān)系，盡可能降低串?dāng)_信號的影響。

1.2 結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)等效采樣方案的特點，本文提出的6通道GPR系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 6通道探地雷達(dá)系統(tǒng)框圖

由圖1可知，時序控制模塊主要為系統(tǒng)收發(fā)機(jī)和采集卡提供相應(yīng)的控制時鐘。收發(fā)機(jī)完成脈沖信號的發(fā)射、接收、采樣和恢復(fù)過程；采集卡對恢復(fù)后的低頻模擬信號進(jìn)行采樣并傳輸至上位機(jī)；上位機(jī)對接收信號進(jìn)行實時成像、存儲及后處理；多普勒雷達(dá)用于距離采集模式下，按照移動距離觸發(fā)探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集。

將時序控制模塊與采集卡集成到一起作為主機(jī)箱，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 6通道雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 時序控制模塊設(shè)計

2.1 電路設(shè)計

2.1.1 電路結(jié)構(gòu)及功能

為了使多通道探地雷達(dá)系統(tǒng)有嚴(yán)格的時序控制、較高的脈沖重復(fù)頻率和較低的系統(tǒng)功耗，本文的時序控制模塊核心選取了英特爾Cyclone Ⅳ E系列EP4CE10F17C8型FPGA芯片，該芯片可配置50 MHz系統(tǒng)基礎(chǔ)時鐘，在具備并行處理高速信號的前提下，兼具多引腳、高內(nèi)存、低功耗和低成本的特性，十分適用于多通道系統(tǒng)的開發(fā)。

為了在獲得足夠高等效采樣率的同時保證較高的數(shù)據(jù)刷新速率，設(shè)計每道數(shù)據(jù)由1 024點構(gòu)成，波形觀察時窗長60 ns左右。相應(yīng)地，需要時序控制模塊為采樣單元提供具有60 ps(10 ps精度)步進(jìn)延時的觸發(fā)時鐘，對應(yīng)等效采樣率約為16.7 GSPS。

考慮到電路焊接出錯率和系統(tǒng)可拓展性，設(shè)計時序控制模塊時按照圖2所示預(yù)留了2個備用通道。8通道時序控制模塊電路的結(jié)構(gòu)框圖見圖3。

圖3 8通道時序控制模塊電路結(jié)構(gòu)框圖

圖3中，時序控制模塊電路主要包括FPGA控制電路和各通道外圍電路。其中，F(xiàn)PGA控制電路用于完成FPGA芯片的配置； 外圍電路負(fù)責(zé)各通道輸出信號的調(diào)節(jié)，包括時鐘同步電路、可編程延時電路和電平轉(zhuǎn)換電路3個部分。

FPGA控制電路輸出的時鐘1至?xí)r鐘8為8路分時復(fù)用的同頻時鐘，控制字1至控制字8為8通道可編程延時電路的控制字。

各通道外圍電路完全相同： 同步電路將輸入時鐘分成2條同步時鐘，分別用于脈沖源觸發(fā)和ADC觸發(fā)； 可編程延時電路為ADC觸發(fā)時鐘提供步進(jìn)時延； 電平轉(zhuǎn)換電路用于不同電平標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。每個通道都配置有采集卡觸發(fā)時鐘，實際使用時任取1個即可。

2.1.2 電路器件選取

為了實現(xiàn)各個電路的功能，分別選取LTC6957IDD-3TRPB芯片、DS1023S芯片、MC100EP195FA芯片以及SN65EPT21芯片進(jìn)行通道外圍電路的設(shè)計。其中，LTC6957IDD-3TRPB芯片作為雙輸出緩沖器，可以將1路時鐘分為2路同步時鐘；可編程延時電路由步進(jìn)500 ps的DS1023S和步進(jìn)10 ps的MC100EP195FA 2種延時芯片級聯(lián)得到；SN65EPT21芯片作為差分PECL/LVDS電平到TTL電平轉(zhuǎn)換器，可以將延時電路輸出的差分PECL電平轉(zhuǎn)換為采樣單元能夠識別的TTL電平。

最終設(shè)計加工得到的8通道探地雷達(dá)時序控制模塊PCB(印制電路板)如圖4所示。

圖4 時序控制模塊PCB實物圖

2.2 分時復(fù)用

本文利用FPGA的時序管理和約束能力，通過程序分頻和計數(shù)定時的方式實現(xiàn)8通道雷達(dá)單個脈沖觸發(fā)周期內(nèi)的分時復(fù)用，在降低通道間串?dāng)_的同時避免了雷達(dá)在高速移動時通道探測偏差過大的問題。

2.2.1 分時邏輯及原理

由于時序控制模塊8個通道的輸出電路完全一致，所以只需對圖3中的時鐘1至?xí)r鐘8進(jìn)行分時復(fù)用即可。

首先，通過對FPGA芯片進(jìn)行編程，可以實現(xiàn)對50 MHz基礎(chǔ)時鐘的任意系數(shù)分頻，得到時鐘1至?xí)r鐘8的基準(zhǔn)時鐘，該基準(zhǔn)時鐘與時鐘1至?xí)r鐘8同頻。然后，利用50 MHz時鐘進(jìn)行計數(shù)定時，對基準(zhǔn)時鐘進(jìn)行單個時鐘周期內(nèi)的8等分相移，得到8路同頻不同相的輸出時鐘，即時鐘1至?xí)r鐘8。

若將時鐘1至?xí)r鐘8之間的相位差用時間間隔表示，則相鄰時鐘相位差對應(yīng)的時間間隔可由式(1)、(2)得到。

(1)

(2)

式(1)—(2)中：fb為分頻后的基準(zhǔn)時鐘；f0為50 MHz基礎(chǔ)時鐘頻率；N為分頻系數(shù)；t為相鄰時鐘相位差對應(yīng)的時間間隔；M為通道數(shù)；T0為50 MHz基礎(chǔ)時鐘周期。

2.2.2 應(yīng)用說明

當(dāng)8通道時序控制模塊的基準(zhǔn)時鐘取500 kHz時，分頻系數(shù)為100，設(shè)置計數(shù)定時值為12(接近N/M的最小整數(shù))，則時鐘1至?xí)r鐘8相鄰時鐘相位差對應(yīng)的時間間隔為12個50 MHz時鐘周期； 相應(yīng)地，時序控制模塊相鄰?fù)ǖ乐g的脈沖觸發(fā)時鐘、采樣觸發(fā)時鐘也具有相同的時序關(guān)系。這樣就保證了每個通道的觀察時窗至少相差240 ns，且所有通道的脈沖觸發(fā)、采樣觸發(fā)在1個基準(zhǔn)時鐘周期內(nèi)完成，使通道間串?dāng)_對觀察時窗240 ns以內(nèi)的雷達(dá)回波信號影響較小。根據(jù)電磁波傳播速度與介質(zhì)介電常數(shù)的關(guān)系，可以得到240 ns對應(yīng)混凝土(介電常數(shù)可取8)介質(zhì)探測深度約為13 m，適用于絕大多數(shù)GPR的應(yīng)用場景。

已知系統(tǒng)所有觸發(fā)信號上升沿有效。根據(jù)上述分時復(fù)用實現(xiàn)方案，可以得到如圖5所示的FPGA輸出時鐘信號時序。

圖5 FPGA輸出時鐘信號時序示意圖

2.3 集成裝配

根據(jù)圖1和圖2所示的系統(tǒng)框架及實物結(jié)構(gòu)，將時序控制模塊應(yīng)用到6通道GPR系統(tǒng)中，得到如圖6(a)所示的主機(jī)箱； 再按照圖6(c)和圖6(d)配置圖6(b)所示的收發(fā)機(jī)； 最后，利用集束線纜將主機(jī)箱和收發(fā)機(jī)相連，完成6通道GPR系統(tǒng)裝配。

(a) 主機(jī)箱結(jié)構(gòu)(b) 收發(fā)機(jī)整體

3 測試及結(jié)果分析

3.1 分時復(fù)用功能驗證

3.1.1 觸發(fā)時鐘時序驗證

為了驗證8通道時序控制模塊的分時復(fù)用效果，需要利用示波器觀察各通道輸出時鐘的時序關(guān)系?？紤]到模塊的對稱性和示波器通道數(shù)限制，將時序控制模塊前4個通道的脈沖源觸發(fā)時鐘連接至TDS5104B示波器進(jìn)行觀察，如圖7所示。

圖7 時序控制模塊分時復(fù)用效果測試

通過示波器得到觀測波形，如圖8所示。已知觸發(fā)電平設(shè)計最大值為5 V，取觸發(fā)電平上升沿2.5 V處對應(yīng)的時刻作為計算通道間延時的參考點，由圖8中各通道畫圖數(shù)據(jù)得到觸發(fā)信號延時差見表1。

圖8 4通道觸發(fā)信號時序測試結(jié)果

表1 4通道觸發(fā)信號延時差

由芯片的數(shù)據(jù)手冊可知，各個通道的集成電路芯片都存在不完全相同的ns級傳輸延時，并且相鄰?fù)ǖ篱g延時差的取值范圍在0～10 ns，所以相鄰?fù)ǖ烙|發(fā)時鐘的上升沿時差并非完全等于240 ns，但誤差不超過5%。結(jié)合圖8和表1可知，測試結(jié)果與理論計算相吻合，說明分時復(fù)用在時序上達(dá)到預(yù)期效果。

3.1.2 單通道回波信號分析

為了進(jìn)一步驗證時序控制模塊在多通道雷達(dá)系統(tǒng)中的抗串?dāng)_效果，選取A、B 2組工作在同一頻段的窄脈沖信號源與收發(fā)天線組成2個獨立的測試通道。在2個通道分布緊密的情況下，分別對同時觸發(fā)和分時觸發(fā)2種工作模式進(jìn)行對地雷達(dá)回波接收測試，具體的測試條件和參數(shù)如表2所示。

表2 實驗室測試條件及參數(shù)

雙通道對地雷達(dá)回波接收測試如圖9所示。

圖9 雙通道對地雷達(dá)回波接收測試

脈沖源和時序控制模塊都由外部12 V直流電壓供電，時序控制模塊通過2根同軸線分別實現(xiàn)對A、B通道脈沖源的觸發(fā)，產(chǎn)生的高幅值窄脈沖信號由發(fā)射天線輻射出去，經(jīng)由地表及地下介質(zhì)層反射后被接收天線捕獲，接收波形通過示波器觀察。為避免直耦波淹沒通道間的串?dāng)_信號，對測試結(jié)果造成影響，A、B通道之間以及A、B通道的收發(fā)天線之間都填充有蜂窩狀平板吸波材料。通過調(diào)整收發(fā)天線距離和吸波材料位置，將直耦波幅值控制在1 V左右。

在上述測試中，A、B通道信號路徑對稱，以A通道接收脈沖信號為觀察對象，利用示波器觀測A通道在A、B通道同時觸發(fā)、分時觸發(fā)，A通道單獨觸發(fā)3種觸發(fā)方式下接收脈沖信號的幅度，最終得到的測試結(jié)果如圖10所示。

圖10 3種觸發(fā)方式下A通道接收脈沖幅值

同時，以A通道單獨觸發(fā)時的接收波形為真值，給出2種工作模式下接收波形的絕對誤差值曲線，如圖11所示。

圖11 2種工作模式下接收波形的絕對誤差值

由圖10和圖11可知，A、B通道分時觸發(fā)和A通道單獨觸發(fā)時，2次的接收波形高度重合，絕對誤差值在±0.1 V，整體起伏小且變化均勻； A、B通道同時觸發(fā)和A通道單獨觸發(fā)時，2次的接收波形存在明顯差異，絕對誤差值在-0.3～0.4 V，整體起伏較大，且誤差變化趨勢與接收波形變化趨勢在時間上保持一致，說明B通道對A通道造成了較大的串?dāng)_。這種串?dāng)_會使GPR通道間相互影響，降低GPR工作穩(wěn)定性，造成雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的不可靠，從而影響雷達(dá)通道的探測精度。

3.1.3 雙通道回波信號分析

為了進(jìn)一步驗證分時復(fù)用降低通道串?dāng)_的工作原理，利用示波器同時觀測A、B 2個通道接收到的脈沖信號如圖12所示。

圖12 分時復(fù)用雙通道接收脈沖幅值

先考慮B通道對A通道的影響。由圖12可知，當(dāng)B通道接收天線接收到對應(yīng)脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號時，A通道接收天線也會接收到一個幅值較小的脈沖信號，且2個脈沖信號幅值隨時間的變化趨勢相同。此時，幅值較小的脈沖信號即為B通道對A通道產(chǎn)生的串?dāng)_信號。又由于2個通道的脈沖源采用分時復(fù)用的方式觸發(fā)，串?dāng)_信號與A通道接收的有用脈沖信號存在240 ns左右的時差。由圖10和圖11可知，此時A通道回波的波形特征受到的影響很小。同理，A通道對B通道的作用效果也是如此。

3.2 6通道探地雷達(dá)測試

3.2.1 測試條件及參數(shù)說明

為測試時序控制模塊在多通道GPR系統(tǒng)應(yīng)用中的實際效果，將雷達(dá)組裝完成后進(jìn)行了隧道實地測試。測試地點位于陜西省西安市藍(lán)田縣東秦嶺平導(dǎo)隧道，該隧道全長12 269 m，寬約3.6 m，內(nèi)部平坦貫通，部分區(qū)域分布有大量病害預(yù)埋件?，F(xiàn)場環(huán)境如圖13所示。

圖13 東秦嶺平導(dǎo)隧道現(xiàn)場環(huán)境

測試過程分為單通道測試和多通道測試，涉及200 MHz/400 MHz/900 MHz 3個頻段，具體測試參數(shù)如表3所示。

表3中，距離采集由多普勒雷達(dá)脈沖觸發(fā)，每前進(jìn)1 cm觸發(fā)1次采樣；數(shù)據(jù)采集軟件和分析軟件為自主研發(fā)設(shè)計軟件。其中，采集軟件主要具備多通道數(shù)據(jù)實時成像、存儲和二維圖像調(diào)色功能，數(shù)據(jù)分析軟件主要具備雷達(dá)圖像去背景、數(shù)字增益、二維濾波等基本功能。

3.2.2 單通道探測性能測試

為驗證雷達(dá)通道實際探測性能是否滿足要求，選取隧道側(cè)壁一片區(qū)域的預(yù)埋病害作為雷達(dá)系統(tǒng)的測試目標(biāo)。由于隧道內(nèi)預(yù)埋病害大多埋深較淺(<40 cm)且分布密集(<70 cm)，而200 MHz和400 MHz收發(fā)機(jī)分辨率較低(取信號半波長為可清晰探測目標(biāo)的尺寸標(biāo)準(zhǔn)[18])，所以僅對900 MHz收發(fā)機(jī)進(jìn)行測試。

設(shè)備安裝如圖14(a)所示。測試時，收發(fā)機(jī)和主機(jī)都置于電動軌道車上，收發(fā)機(jī)天線輻射面正對待測墻面，整個雷達(dá)系統(tǒng)平行于待測墻面勻速運(yùn)行。由于該GPR收發(fā)天線為空氣耦合天線，且實際應(yīng)用時，需要900 MHz收發(fā)機(jī)與介質(zhì)分界面保持至少65 cm來滿足載具機(jī)械臂支撐結(jié)構(gòu)的力矩要求，所以測試時將收發(fā)機(jī)與墻體之間的距離調(diào)整至65 cm左右。

預(yù)埋病害分布如圖14(b)所示，對應(yīng)編號的病害信息見表4。利用自研的數(shù)據(jù)采集軟件和處理軟件對雷達(dá)回波進(jìn)行采集處理后，得到的原始處理圖像和目標(biāo)層位標(biāo)注圖分別如圖14(c)和(d)所示。

(a) 設(shè)備安裝場景

圖14(c)和(d)左右兩側(cè)刻度分別代表探測深度(單位： m)和觀察時窗中的對應(yīng)時刻(單位： ns)，二者都以墻面為參考0刻度，混凝土墻體的介電常數(shù)取8。表4中，所有預(yù)埋件均為泡沫材料填充，介電常數(shù)約為1.5，用于模擬襯砌空洞，橫向尺寸為目標(biāo)沿GPR運(yùn)動方向上的尺寸，縱向尺寸為預(yù)埋件垂直于墻壁方向上的尺寸，埋深為預(yù)埋件離墻面最近距離。

由于GPR探測單個目標(biāo)的時距關(guān)系滿足雙曲線特征，所以對GPR的二維掃描圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋或圖像識別時，常以雙曲線作為目標(biāo)匹配模型進(jìn)行標(biāo)示。從圖14(d)可以看出，第1個標(biāo)示區(qū)域(從左至右)并不具備明顯的曲線特征，但標(biāo)示區(qū)域兩側(cè)圖像存在不連續(xù)性且顏色偏淺，說明電磁波經(jīng)過不連續(xù)的介質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測可能是目標(biāo)對應(yīng)處；第2個標(biāo)示區(qū)域墻面未封閉，所以靠近墻面處(0刻度處)的圖像存在明顯的斷層，且較深處出現(xiàn)明顯的曲線特征，與實際情況相符合； 第3—6個標(biāo)注處都存在明顯的曲線特征。根據(jù)圖14(d)對應(yīng)數(shù)據(jù)，給出各個目標(biāo)標(biāo)示靠近0刻度處對應(yīng)的深度和位置信息見表5。

對比表4和表5，可以確定第1個標(biāo)示區(qū)域?qū)?yīng)的是第1個目標(biāo)的特征圖像，其目標(biāo)特征不明顯，推測可能是由于局部含水量較高導(dǎo)致電磁波信號衰減過大； 第2個標(biāo)示區(qū)由于墻面未封閉，埋深結(jié)果對應(yīng)預(yù)埋件離墻最遠(yuǎn)距離(縱向尺寸+埋深)，估計埋深換算成空氣距離為63.6 cm，與實際值62 cm相吻合。此外，通過對比測量值與實際值可以發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)病害的深度特征和位置特征雖然相吻合，但具體數(shù)值存在較大差距，分析其可能原因包括： 雷達(dá)運(yùn)行路線與墻面不完全平行、數(shù)據(jù)處理不徹底或處理參數(shù)選取不合理、預(yù)埋件的實際位置存在誤差、多普勒雷達(dá)安裝誤差等。

表4 預(yù)埋病害相關(guān)參數(shù)

3.2.3 多通道探測可行性測試

為驗證系統(tǒng)多通道運(yùn)行的可行性，選取另一處病害分布區(qū)域進(jìn)行6通道同時工作測試。同樣，為了滿足天線空氣耦合的特性和實際使用時200 MHz收發(fā)機(jī)對于機(jī)械臂支撐結(jié)構(gòu)的力矩要求，現(xiàn)場將所有收發(fā)機(jī)離墻面距離調(diào)整至1.2 m，設(shè)備測試場景如圖15所示，探測目標(biāo)為PVC空管或含水管。

圖15 6通道同時工作測試

對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后，可得到如圖16所示的處理結(jié)果。由于隧道內(nèi)預(yù)埋件分布十分密集，導(dǎo)致GPR二維掃描圖像中出現(xiàn)目標(biāo)曲線混疊不清的狀況。

但從圖16(a)—(d)可以看出，200 MHz和400 MHz收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)處理后的雷達(dá)圖像中存在明顯的由介質(zhì)分界面反射產(chǎn)生的圖像特征(見紅色框標(biāo)示)，且延伸到較深位置，考慮到試驗現(xiàn)場環(huán)境簡單，隧道貫通無障礙，推測可能為隧道墻壁深處的斷層結(jié)構(gòu)特征。從圖16(e)、(f)可以看出，900 MHz收發(fā)機(jī)也存在類似的波形變化，同樣進(jìn)行了標(biāo)示，但由于輻射口面與墻面等效電距離較遠(yuǎn)，電磁波輻射區(qū)域不集中，目標(biāo)反射波特征不明顯，所以探測效果不佳。盡管如此，在GPR各個通道的數(shù)據(jù)圖像中，依然保持著圖像的連續(xù)性且存在較為明顯的曲線特征(見黃色框標(biāo)示)，足以說明6通道GPR具備同時進(jìn)行探測工作的能力。

4 結(jié)論與討論

本文基于分時復(fù)用原理，設(shè)計實現(xiàn)了一種低串?dāng)_8通道GPR時序控制模塊，并將該模塊應(yīng)用于一種3頻段6通道隧道病害檢測系統(tǒng)。測試結(jié)果表明，本文所設(shè)計的時序控制模塊可以有效降低多通道GPR系統(tǒng)通道間的串?dāng)_，保證通道接收信號的穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)對隧道病害的高效探測，對于拓展多通道GPR設(shè)計思路和提升隧道病害檢測效率具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。

本文提出的時序控制模塊及其多通道GPR應(yīng)用除了用于隧道病害檢測，還可拓展至道路病害檢測、礦層厚度分析、未爆彈排除等眾多地下探測領(lǐng)域，具有較為廣泛的應(yīng)用價值。但結(jié)合數(shù)據(jù)處理和生產(chǎn)實際來看，本文的工作依然存在以下不足：

1)實際選取的測試地點病害分布過于密集，且由于施工誤差的存在，缺乏準(zhǔn)確參考。

2)數(shù)據(jù)處理存在主觀性和技術(shù)性不足，未從定量的角度對GPR多通道性能進(jìn)行深入分析。

3)GPR設(shè)備的天線參數(shù)、尺寸優(yōu)化不足，導(dǎo)致收發(fā)機(jī)體積較大，性能未達(dá)到最佳狀態(tài)，很難進(jìn)行推廣應(yīng)用。

解決以上問題也是后期研究中需要重點考慮和推進(jìn)的工作。