A USRP-Based Stepped-Frequency GPR: Phase Correction and System Implementation

Tong Li

doi:10.1109/tim.2026.3731758

A USRP-Based Stepped-Frequency GPR: Phase Correction and System Implementation

2026-01-01

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DOI：10.1109/tim.2026.3731758

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随着城市地下基础设施的快速扩张，对地下管道精确测绘的迫切需求日益凸显，使得探地雷达（GPR）成为非破坏性危险检测的关键工具。然而，传统脉冲GPR系统常受限于笨重硬件、固定工作频率和有限的检测灵活性。为解决这些问题，本文基于通用软件无线电外设（USRP）平台提出并实现了一种宽带步进频率GPR（SF-GPR）系统。该系统以USRP B210为核心处理单元，集成Vivaldi渐变槽天线（VTSAs）和低噪声放大器（LNAs）构建收发链路。通过利用GNU Radio框架内的定制非树（OOT）模块，实现了步进频率参数的灵活配置和多通道传输。此外，为缓解跳频过程中的随机相位抖动，引入了协调收发模块与频率控制器的同步机制。该机制确保了各频率步进间的相位与幅度相干性，从而实现稳定的宽带数据合成。实验结果表明，该系统支持约1 GHz的可调扫频带宽，并在自由空间和沙箱环境中成功生成高分辨率B扫描图像。与传统的时域GPR（TD-GPR）相比，所提出的方案在保持检测性能的同时显著降低了硬件成本并增强了系统可重构性，为GPR理论验证和原型开发提供了高效解决方案。

Keyword:

Frequency

Timing

Ground penetrating radar

Signal detection

Radar

Distance measurement

Joining processes

Grounding

Hardware

Software radio

Antenna

ground-penetrating radar (GPR)

stepped-frequency continuous wave (SFCW)

universal software radio peripheral (USRP)

A USRP-Based Stepped-Frequency GPR: Phase Correction and System Implementation

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