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本文首先分析了当前国内外探地雷达系统的系统参数和其探测性能,总结归纳探地雷达系统的类型及基本探测信号形式,并说明了常规探地雷达系统中存在的缺点和改善系统性能的技术难点。在此分析基础之上,作者提出了多输入多输出(Multiple-Input and Multiple-Output: MIMO)技术在探地雷达方法中应用的思想。本论文的主要内容是分析多输入多输出(Multiple-Input and Multiple-Output: MIMO)技术在探地雷达方法中的应用问题。首先从理论上论证了多输入多输出(MIMO)技术在探地雷达中应用的可行性和技术优势,给出了MIMO探地雷达的信号模型,然后通过建立数值模型及物理实验来里进行目标探测性能分析。研究表明,MIMO技术相对于常规探地雷达系统和常规探地雷达观测方法具有较高的目标探测精度和信号稳定性。本文提出了正交信号的多输入多输出(MIMO)探地雷达系统和基于似平面波(Plane Wave Like)多输入多输出观测方式的探地雷达系统,模拟分析两种系统的目标响应特征和目标成像效果。在基于正交信号的MIMO探地雷达系统的目标成像方面,本文提出基于目标回波到达角(DOA)估计的逆向成像方法。理论模拟分析及对比了最小二乘(DAS)、Capon、幅度相位估计(APES)等三种波束形成算法在目标DOA估计上的精度及最终的成像效果。在基于似平面波的多输入多输出观测方式的探地雷达系统(Plane Wave Like MIMO GPR: PWL-MIMO GPR)的方法及目标成像效果分析研究工作中,作者进行了不同形态目标体模型的模拟分析,有效地说明了多输入多输出观测方式能有效地提高信号的信噪比和稳定性。从总体来说,多输入多输出技术(MIMO)可以有效克服现有探地雷达系统存在工作频带有限、系统实现难度大等问题,提高了系统的目标检测能力,并降低系统设计难度。