在煤层超前探测中FMCW雷达MUSIC算法研究

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1、第18卷煤矿开采V0L182013年l1月CoalminingTechnologyNOV．2013在煤层超前探测中FMCW雷达MUSIC算法研究王树奇，齐承霞，王振(西安科技大学通信与信息工程学院，西安710054)[摘要]研究了探地雷达进行煤层超前探测时目标的识别算法。根据FMCW探地雷达的特点，利用MUSIC算法对煤层中的目标介质进行定位的仿真结果表明，探地雷达的信号长度越长、接收信号的信噪比越大、接收天线的阵元数越多，算法的分辨率就越高。当归一化频率在(3—4)ax／100之间时，该算法适用于多信号的识别。[关键词]FMCW；探地雷达；煤层

2、超前探测；MUSIC算法MUSICAlgorithminFMCWGroundRadarinAdvanceDetectionofCoalSeamWangShuqi，QiChengxia，WangZhenSchoolofcommunicationandInformationEngineering，Xi’anUniversityofScienceofTechnology，Xi’an710054，ChinaAbstract：Thepaperstudiedonthemethodsofpositioningandidentificationwhenapply

3、ingtheGPRtotheadvanceddetection．AccordingtothecharacteristicsofFMCWGPR，thesimulationofusingtheMUSICalgorithmtolocatethedielectricobjectinthecoalseamshowedthatthelongeroftheGPR’Ssignallength，thebiggerofthereceivedsignal’sSNR，andthemorearrayelementnumberofthereceivingantenna，th

4、ehighertheresolutionalgorithm．whenthenormalized~equencybetween(3-4)~／100，thisalgorithmapplytOMulti-signalrecognition．Keywords：FMCW；GPR；AdvancedDetection；MUSICAlgorithm0引言FMCW探地雷达是根据接收到的回波信号与本地信号进行混频，然后根据差频信号的频率进行信由于不同的煤层地质条件，煤层中可能含有瓦号位置的确定。所以在FMCW探地雷达中，频率测量斯或水体，在采掘过程中会引发灾害，严重

5、威胁职工的准确性直接关系到对物体定位的精确程度。而且的生命安全和设备安全。因此利用超前探测的方法在处理过程中，要同时确定多个信号的频率。MUSIC提前判断掘进煤层前方可能存在的安全隐患，对于算法由于其超高的频率分辨能力以及可实现多目标煤矿安全高效生产具有重要意义。检测的能力，使其成为处理FMCW探地雷达回波信在实际应用中，探地雷达依据其信号形式大致号的主要算法。[71可以分为三类：调频连续波(FMCw)探地雷达、脉冲探地雷达以及步进变频探地雷达。其中FMCW探地1FMCW探地雷达原理雷达属于频率域探地雷达，接收机的动态范围大，具有更高的辐射功率，

6、可获得比时间域探地雷达更好的分辨率，并且更适合在损耗较大的媒介中工作。一直以来，由于频率域探地雷达硬件结构造价较大，所以其商业应用一直比较落后。但是随着电子技术的不断提高：使得频率域探地雷达的造价一直在降低，同时人们对目标识别的重视，使得频率域雷达的高分辨率优点更加突出，所以近年来频率域雷达得到了较好的发展。如果将FMCW探地雷达应用于煤层图1调频连续波探地雷达的系统组成简图超前探测，其具有很高的发射功率，即探测深度很调频连续波探地雷达的系统组成简图如图1所大，而且也能尽可能的增加分辨率，所以将FMCW探示，首先向目标发射频率按一定规律变化的电磁

7、地雷达应用于煤层超前探测具有很大的价值。【波，此电磁波在遇到目标介质后发生反射，包含有目[基金项目]陕西省教育厅自然科学计划项目(08JK353)；西安科技大学博士基金。[作者简介]王树奇(1974一)，男，陕西大荔人，博士，副教授，主要研究方向为矿山无线通信、智能处理处理等。280第18卷煤矿开采V0L182013年11月CoalminingTechnologyNOV．2013标介质特性的反射电磁波通过雷达的接收天线被雷第二步对估计出的自相关矩阵进行分析，得达系统接收。此时，将接收到的反射电磁波与本地的出自相关矩阵的噪声子空间。毋发射电磁波进行

8、混频，然后就会得到一个差频信号，第三步利用构造出来的谱函数P()进行计我们根据发射电磁波的变化规律以及混频后的差频算。信号就可以得知电磁