《地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)》

1、第一部分 雷達(dá)簡(jiǎn)介v了解雷達(dá)的概況v了解雷達(dá)的定義與發(fā)展v了解雷達(dá)的作用1.1.什么是雷達(dá)？什么是雷達(dá)？雷達(dá)雷達(dá): Radar Radio detection and ranging 無線電探測(cè)和測(cè)距。無線電探測(cè)和測(cè)距。定義：定義： 雷達(dá)是一種通過發(fā)射雷達(dá)是一種通過發(fā)射電磁電磁波波和接收回波，對(duì)和接收回波，對(duì)目標(biāo)目標(biāo)進(jìn)行探進(jìn)行探測(cè)和測(cè)定測(cè)和測(cè)定目標(biāo)信息目標(biāo)信息的設(shè)備。的設(shè)備。 雷達(dá)最初是用于雷達(dá)最初是用于軍事軍事目的，目的，探測(cè)空中目標(biāo)體。探測(cè)空中目標(biāo)體。Question：電磁波傳播需要介質(zhì)嗎？：電磁波傳播需要介質(zhì)嗎？機(jī)械波需要嗎呢？機(jī)械波需要嗎呢？v電磁波變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)

2、隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)，所有物體都輻射電磁波能量，包括：無線電波、光、熱輻射波長(zhǎng)不同雷達(dá)輻射的電磁波：強(qiáng)電流激勵(lì)調(diào)諧回路，向空間傳播交變的電磁能量，高頻正弦波2 雷雷 達(dá)達(dá) 的的 原理原理 2.1 雷達(dá)回波中的可用信息雷達(dá)回波中的可用信息 蝙蝠的回聲定位與雷達(dá)：蝙蝠的回聲定位與雷達(dá)： 蝙蝠在飛行時(shí),不斷從喉嚨中發(fā)出210萬赫茲的超聲波脈沖,聲波碰到障礙物后被反射回來,蝙蝠再用耳朵接受回聲,就可以判斷前邊物體的大小,方向和距離。科學(xué)家根據(jù)蝙蝠發(fā)出超聲波探測(cè)目標(biāo)的“回波原理回波原理”發(fā)明了雷達(dá),用以及時(shí)探測(cè)飛機(jī)的方位和距離。v2.2 雷達(dá)的基本組成v發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)v天線天線v接收機(jī)接收機(jī)v數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集v顯示

3、顯示v信號(hào)處理信號(hào)處理v控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)v通訊系統(tǒng)通訊系統(tǒng) 雷達(dá)基本工作原理雷達(dá)基本工作原理： (1)由雷達(dá)發(fā)射發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁能, 經(jīng)收發(fā)開關(guān)后傳輸給天線, 再由天線將此電磁能定向輻射于大氣中; (2)電磁能在大氣中以光速(約3108m/s)傳播傳播, 如果目標(biāo)恰好位于定向天線的波束內(nèi), 則它將要截取截取一部分電磁能電磁能; (3)目標(biāo)將被截取的電磁能向各方向散射, 其中部分散射的能量朝向雷達(dá)接收接收方向。雷達(dá)天線搜集到這部分散射的電磁波后, 就經(jīng)傳輸線和收發(fā)開關(guān)饋給接收機(jī); (4)接收機(jī)將這微弱信號(hào)放大放大并經(jīng)信號(hào)處理處理后即可獲取所需信息, 并將結(jié)果送至終端顯示。 15/101雷達(dá)的原理

4、及其基本組成雷達(dá)的原理及其基本組成 目標(biāo)發(fā)射機(jī)接收機(jī)顯示器發(fā)射的電磁波接收的電磁波信號(hào)處理機(jī)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)噪聲R14/1013 雷達(dá)的工作頻率v高頻（HF，330MHz）v甚高頻（VHF，30300MHz） 20世紀(jì)30年代的雷達(dá)大多工作在這個(gè)頻段v特高頻（UHF，3003000MHz） 在很多情況下，在特高頻雷達(dá)也適用于超高頻雷達(dá)vL波段（12GHz）vS波段（24GHz） 中距離的警戒雷達(dá)（S波段的低端）和跟蹤雷達(dá)（S波段的高端）均可使用 受天氣影響明顯，可用作氣象雷達(dá)vC波段（48GHz） 常用于武器制導(dǎo)和導(dǎo)航 中程氣象雷達(dá)可以采用此波段vX波段（812GHz） 跟蹤雷達(dá)和民用雷達(dá)的常

5、用波段 雷達(dá)體積小，重量輕，波瓣窄，適于移動(dòng)。 如下大雨將被大大削弱。vKu，K和Ka波段（1240GHz） 作用距離短，高分辨率 此波段高頻器件能產(chǎn)生的功率不大。v毫米波波段（40300GHz） 目前為止，沒有運(yùn)行在Ku波段以上的雷達(dá)，毫米波雷達(dá)之適用于無大氣衰減或者近程中。電 磁 波 譜頻段總結(jié)4 隱身技術(shù)v在武器系統(tǒng)研制過程中設(shè)法降低其可探測(cè)性，使之不易被敵方發(fā)現(xiàn)、跟蹤和攻擊，從而提高武器系統(tǒng)的生存能力和作戰(zhàn)效率。v本質(zhì)：分析設(shè)計(jì)對(duì)象的目標(biāo)特征信號(hào)并加以控制，降低或改變目標(biāo)的特征信號(hào)，使之相對(duì)敵方的偵查系統(tǒng)成為難以探測(cè)目標(biāo)。v目標(biāo)的特征信號(hào)：是一個(gè)廣泛的概念，包括視覺、聽覺、紅外、無線電

6、等等，因此也就有針對(duì)各種不同探測(cè)手段的隱身技術(shù)。幾個(gè)認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)(1)隱身是完全“看不見” 隱身技術(shù)只是縮短探測(cè)器的有效作用距離，以達(dá)到有效壓縮敵方反應(yīng)時(shí)間，增加自身在戰(zhàn)場(chǎng)上的生存能力和作戰(zhàn)能力(2) 需要全頻段、全空域的隱身能力 不但在技術(shù)上無法實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上也是沒有必要的。只要抓住主要矛盾，避開不利的使用環(huán)境，就可以用較小的代價(jià)獲得較高的效益(3) 隱身措施都是采用最先進(jìn)的技術(shù) 隱身技術(shù)的發(fā)展v一戰(zhàn)時(shí)，德國空軍曾用透明材料制造過飛機(jī)，使地面人員難以發(fā)現(xiàn)它們v雷達(dá)發(fā)明以后1945年美國研制出一種吸收雷達(dá)波的涂料，代號(hào)為MX-40，據(jù)說使用效果很好v1954年U-2，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了隱身，如在機(jī)身上

7、涂滿黑色的可降低雷達(dá)波散射程度的“鐵漆”涂料vSR-71翼身融合、雙垂尾內(nèi)傾、大后掠邊條翼和三角翼，機(jī)身表面噴涂 “鐵漆”，并用了許多專門研制的特殊材料和涂層vB-1B蛇形進(jìn)氣道，內(nèi)裝兩個(gè)加熱導(dǎo)流片。新改進(jìn)的機(jī)頭雷達(dá)罩上、機(jī)翼前緣天線罩、翼根整流罩、機(jī)翼后緣、高升力裝置和尾翼上都涂有雷達(dá)波吸收材料；座艙擋風(fēng)玻璃上采用真空電子鍍膜層；頭部、機(jī)身和平尾側(cè)面涂有雷達(dá)波吸波材料；頭部和后部雷達(dá)天線安裝隔框做成傾斜式的；在整體設(shè)計(jì)上采用翼身融合體結(jié)構(gòu)常見的隱身技術(shù)v縮小雷達(dá)反射截面v降低紅外線信號(hào)特征v降低視覺信號(hào)特征v降低聽覺信號(hào)特征v等離子體技術(shù)第二部分 地質(zhì)雷達(dá)工作原理 在隧道開挖、煤礦生產(chǎn)及地面

8、工程建設(shè)中經(jīng)常遇到復(fù)雜的地質(zhì)異常，給施工帶來困難，尤其是穿過老窯、軟弱破碎帶、巖溶區(qū)，或者煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)區(qū)域，若事先未能探查清楚往往造成塌方、涌水或煤與瓦斯突出等事故，影響安全生產(chǎn)。在地面工程地質(zhì)勘探中，要求實(shí)施大面積、高密度精查勘探，這就對(duì)地質(zhì)探測(cè)手段提出了高的要求。實(shí)踐證明，應(yīng)用礦井地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，簡(jiǎn)便快捷，機(jī)動(dòng)靈活，能較好而準(zhǔn)確地提供資料，取得較好效果。 探地雷達(dá)（探地雷達(dá)（Ground Penetrating RadarGround Penetrating Radar）是一種高科）是一種高科技的地球物理探測(cè)儀器，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于高速公路技的地球物理探測(cè)儀器，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用

9、于高速公路，機(jī)場(chǎng)的路面質(zhì)量檢測(cè)；隧道，橋梁，水庫大壩檢測(cè)；地，機(jī)場(chǎng)的路面質(zhì)量檢測(cè)；隧道，橋梁，水庫大壩檢測(cè)；地下管線，地下建筑的檢測(cè)等諸多的工程領(lǐng)域。下管線，地下建筑的檢測(cè)等諸多的工程領(lǐng)域。 探地雷達(dá)利用一個(gè)天線發(fā)射高頻率寬頻帶電磁波，另探地雷達(dá)利用一個(gè)天線發(fā)射高頻率寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接受來自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)一個(gè)天線接受來自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間（亦稱雙程走時(shí)

10、）、幅度與波形資料，可推斷地下介質(zhì)間（亦稱雙程走時(shí)）、幅度與波形資料，可推斷地下介質(zhì)的分布情況。的分布情況。 對(duì)地下雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的解釋,離不開必要的地質(zhì)理論和地質(zhì)工程知識(shí)，更確切地說，探測(cè)地下目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)稱為“地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)”(Geologic radar system)。 一、基本原理一、基本原理 地質(zhì)雷達(dá)由地質(zhì)雷達(dá)由發(fā)射部分發(fā)射部分、接收部分和控制系統(tǒng)接收部分和控制系統(tǒng)組成。組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機(jī)和向外輻射電磁波發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機(jī)和向外輻射電磁波的天線的天線(Tx)組成。通過發(fā)射天線電磁波以組成。通過發(fā)射天線電磁波以6090的的波束角向地下發(fā)射電磁波，電磁波

11、在傳播途中遇到電性波束角向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線（天線（Rx）接收，與此同時(shí)接收天線還接收到沿巖層）接收，與此同時(shí)接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達(dá)波，反射波和直達(dá)波同時(shí)被接收機(jī)記錄表層傳播的直達(dá)波，反射波和直達(dá)波同時(shí)被接收機(jī)記錄或在終端將兩種顯示出來。或在終端將兩種顯示出來。 圖圖1 1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理示意圖地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理示意圖 vxzt224222224nnnnhxtvv 當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得的走為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得的走時(shí)時(shí)

12、t，由上式求得目標(biāo)體的深度，由上式求得目標(biāo)體的深度z。式中。式中x值即收發(fā)距，在剖值即收發(fā)距，在剖面測(cè)量中是固定的；面測(cè)量中是固定的；v值可用值可用寬角法寬角法直接測(cè)量，也可以根據(jù)直接測(cè)量，也可以根據(jù)近似計(jì)算公式：近似計(jì)算公式： rcvc為光速；為光速；r為地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。為地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。第第2 2章章 巖土介質(zhì)電磁波傳播原理巖土介質(zhì)電磁波傳播原理 雷達(dá)工作的三個(gè)重要參數(shù)雷達(dá)工作的三個(gè)重要參數(shù): （1）電導(dǎo)率）電導(dǎo)率 （2）介電常數(shù)）介電常數(shù) （3）探測(cè)頻率）探測(cè)頻率環(huán)境電導(dǎo)率環(huán)境電導(dǎo)率R：是表征介質(zhì)導(dǎo)電能力的參數(shù)，它決定了電：是表征介質(zhì)導(dǎo)電能力的參數(shù)，它決定了電磁波在介質(zhì)中

13、的磁波在介質(zhì)中的穿透深度穿透深度，其穿透深度隨電導(dǎo)率的增加而，其穿透深度隨電導(dǎo)率的增加而減減小小，并與土壤中的含水量有密切的關(guān)系。當(dāng)，并與土壤中的含水量有密切的關(guān)系。當(dāng)R10-7S/m,并滿并滿足介電極限條件時(shí)，電磁波衰減小足介電極限條件時(shí)，電磁波衰減小,最最適宜發(fā)揮地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用適宜發(fā)揮地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用效果。效果。從好的低電導(dǎo)率土壤（石英沙）中得到的雷達(dá)剖面，其數(shù)據(jù)質(zhì)量非常好從高電導(dǎo)率土壤（濕粘土）中得到的雷達(dá)剖面，信號(hào)的衰減非常大介電常數(shù)：是影響地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用效果的另一個(gè)重要因素，介電常數(shù)：是影響地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用效果的另一個(gè)重要因素，高頻電磁波在介質(zhì)中的高頻電磁波在介質(zhì)中的傳播速度傳播速度主要取決于介

14、質(zhì)的相對(duì)介電主要取決于介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，而反射信號(hào)的強(qiáng)弱取決于介電常數(shù)的常數(shù)，而反射信號(hào)的強(qiáng)弱取決于介電常數(shù)的差異差異，其還決定，其還決定了電磁波在介質(zhì)中的了電磁波在介質(zhì)中的”足印足印”（即電磁波在介質(zhì)中的（即電磁波在介質(zhì)中的覆蓋范覆蓋范圍圍）。）。 如上圖可見，相對(duì)介電常數(shù)與含水量成正比。如上圖可見，相對(duì)介電常數(shù)與含水量成正比。由此可見，我們用雷達(dá)探測(cè)時(shí)得到信息并不僅僅是天線正下方物體的反射。由此可見，我們用雷達(dá)探測(cè)時(shí)得到信息并不僅僅是天線正下方物體的反射。雷達(dá)的探測(cè)范圍與相對(duì)介電常數(shù)有直接的關(guān)系雷達(dá)的探測(cè)范圍與相對(duì)介電常數(shù)有直接的關(guān)系,相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)和”足印足印”（即（即探測(cè)

15、的覆蓋范圍）的關(guān)系為：探測(cè)的覆蓋范圍）的關(guān)系為： 探測(cè)頻率：不但是制約探測(cè)頻率：不但是制約探測(cè)深度探測(cè)深度的一個(gè)關(guān)鍵因素，同時(shí)也的一個(gè)關(guān)鍵因素，同時(shí)也決定了探測(cè)的決定了探測(cè)的分辨率分辨率；探測(cè)頻率越高，探測(cè)深度越淺，探測(cè)；探測(cè)頻率越高，探測(cè)深度越淺，探測(cè)的垂直分辨率和水平分辨率越高。的垂直分辨率和水平分辨率越高。 一般地質(zhì)雷達(dá)都擁有多種頻率的天線,通常把雷達(dá)所采用的天線的中心頻率稱為探測(cè)頻率，而其實(shí)際的工作頻率范圍是以探測(cè)頻率為中心的頻帶，探測(cè)頻率主要影響探測(cè)的深度和分辨率。 當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)工作在介電極限條件時(shí)，高頻電磁波的衰減幾乎不受探測(cè)頻率的影響。比如，電磁波在空氣中傳播，由于不存在傳導(dǎo)電流，

16、電磁波不發(fā)生衰減。但實(shí)際上,由于大地電阻率一般都比較低，其工作條件達(dá)不到介電極限條件。由于傳導(dǎo)電流的存在，高頻電磁波在傳播過程中發(fā)生衰減，其衰減的程度隨電磁波頻率的增加而增加。因此,在實(shí)際工作時(shí)，必須根據(jù)目標(biāo)體的探測(cè)深度選用合理的探測(cè)頻率。 分辨率包括：探測(cè)的垂直分辨率和水平分辨率。水平分辨率對(duì)于工程探測(cè)來說是頭等重要的技術(shù)指標(biāo)。表表1 典型介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)典型介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),電導(dǎo)率和電磁波速度電導(dǎo)率和電磁波速度續(xù)表續(xù)表1 典型介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)典型介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),電導(dǎo)率和電磁波速度電導(dǎo)率和電磁波速度三、雷達(dá)儀器介紹三、雷達(dá)儀器介紹國外國外 瑞典瑞典MALA公司的公司的RAMAC/G

17、PR雷達(dá)系列雷達(dá)系列 美國美國GSSI公司的公司的SIR系列雷達(dá)（系列雷達(dá)（ 美國勞雷公司代理銷售）美國勞雷公司代理銷售） 加拿大加拿大Sensrs&Software公司公司pulse EKKO型探地雷達(dá)型探地雷達(dá) 國內(nèi)國內(nèi) 發(fā)展?fàn)顩r是：首先通過引進(jìn)國外的雷達(dá)儀器，進(jìn)行研究和應(yīng)發(fā)展?fàn)顩r是：首先通過引進(jìn)國外的雷達(dá)儀器，進(jìn)行研究和應(yīng)用，然后開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自己的雷達(dá)產(chǎn)品。目前，國用，然后開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自己的雷達(dá)產(chǎn)品。目前，國內(nèi)使用最多的雷達(dá)大多是美國內(nèi)使用最多的雷達(dá)大多是美國GSSI公司生產(chǎn)的。國內(nèi)有電子部公司生產(chǎn)的。國內(nèi)有電子部22所，航天部愛迪爾公司、驕鵬公司和中國礦大（

18、北京）四家所，航天部愛迪爾公司、驕鵬公司和中國礦大（北京）四家單位相繼推出了自己的雷達(dá)產(chǎn)品。單位相繼推出了自己的雷達(dá)產(chǎn)品。3.1 3.1 瑞典探地雷達(dá)（瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPRRAMAC/GPR）n主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)n1. 高集成化、真數(shù)字式、高速高集成化、真數(shù)字式、高速 、輕便。、輕便。n2. 系統(tǒng)集成化程度高，體積小、重量輕（主機(jī)重量?jī)H為系統(tǒng)集成化程度高，體積小、重量輕（主機(jī)重量?jī)H為2.4公公斤）。斤）。3. 功耗低，主機(jī)功耗僅為功耗低，主機(jī)功耗僅為25W；系統(tǒng)耗電量低，不需電瓶供電，；系統(tǒng)耗電量低，不需電瓶供電， n 為野外工作提供方便。為野外工作提供方便。4. 天線與主機(jī)之間采用

19、光纖連接，頻帶寬、速度快、數(shù)據(jù)質(zhì)量好、天線與主機(jī)之間采用光纖連接，頻帶寬、速度快、數(shù)據(jù)質(zhì)量好、n 抗干擾能力強(qiáng)，因此發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及主機(jī)之間不會(huì)相互干擾?？垢蓴_能力強(qiáng)，因此發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及主機(jī)之間不會(huì)相互干擾。5. 100兆、兆、250兆、兆、500兆、兆、800兆及兆及1000兆天線采用屏蔽方式，因兆天線采用屏蔽方式，因n 此其抗干擾能力強(qiáng)。此其抗干擾能力強(qiáng)。6. 主機(jī)與計(jì)算機(jī)之間采用主機(jī)與計(jì)算機(jī)之間采用ECP并口傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸速度快。并口傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸速度快。7. 主機(jī)可與低頻、中頻、高頻天線全部兼容，同時(shí)與孔中天線也主機(jī)可與低頻、中頻、高頻天線全部兼容，同時(shí)與孔中天線也n 兼容，

20、因此性能價(jià)格比高，為用戶添置新天線節(jié)約資金。兼容，因此性能價(jià)格比高，為用戶添置新天線節(jié)約資金。8. 顯示方式采用外接筆記本方式。顯示方式采用外接筆記本方式。3.1 3.1 瑞典探地雷達(dá)（瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPRRAMAC/GPR）3.1 3.1 瑞典探地雷達(dá)（瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPRRAMAC/GPR）3.1 3.1 瑞典探地雷達(dá)（瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPRRAMAC/GPR） RAMAC/GPR非屏蔽天線是低頻天線，主要用于深層探非屏蔽天線是低頻天線，主要用于深層探測(cè)，該天線只能與測(cè)，該天線只能與CUII主機(jī)配合使用。典型的非屏蔽天線有主機(jī)配合使用。典型的非屏蔽天線有2

21、5MHz、50MHz、100MHz、200MHz天線。所有的天線。所有的RAMAC/GPR非屏蔽天線均使用同樣的發(fā)射機(jī)及接收機(jī)、光非屏蔽天線均使用同樣的發(fā)射機(jī)及接收機(jī)、光纖、瑪拉測(cè)鏈、天線分離架及主控單元。天線重量輕，適用纖、瑪拉測(cè)鏈、天線分離架及主控單元。天線重量輕，適用于單人操作。收、發(fā)天線容易分離，可以采用于單人操作。收、發(fā)天線容易分離，可以采用CMP法（共中法（共中心點(diǎn)）計(jì)算速度。心點(diǎn)）計(jì)算速度。 非屏蔽天線可應(yīng)用于土木建筑、地質(zhì)學(xué)及水文地質(zhì)學(xué)等。非屏蔽天線可應(yīng)用于土木建筑、地質(zhì)學(xué)及水文地質(zhì)學(xué)等。3.1 3.1 瑞典探地雷達(dá)（瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPRRAMAC/GPR）3.2

22、SIR3.2 SIR雷達(dá)介紹雷達(dá)介紹n該型號(hào)探地雷達(dá)儀器的特點(diǎn)是：系統(tǒng)高度集成化、數(shù)字化，操作簡(jiǎn)單化，天線屏蔽干擾小，探測(cè)范圍廣，分辨率高，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和信號(hào)增強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示二維彩色圖像。其配置的探測(cè)天線系列化，可應(yīng)用與各類地下目的體及目的層的檢測(cè)與探測(cè)。3.2 SIR3.2 SIR雷達(dá)介紹雷達(dá)介紹SIR-20高速高精度多通道透視雷達(dá)高速高精度多通道透視雷達(dá) SIR-3000便攜式透地雷達(dá)便攜式透地雷達(dá) 100MHz400MHz200MHz3.2 SIR3.2 SIR雷達(dá)介紹雷達(dá)介紹900MHz1200MHz3.2 SIR3.2 SIR雷達(dá)介紹雷達(dá)介紹3.2 SIR3.2 SIR雷達(dá)介紹

23、雷達(dá)介紹3.2 SIR3.2 SIR雷達(dá)介紹雷達(dá)介紹3.3 3.3 加拿大加拿大EKKOEKKO型雷達(dá)型雷達(dá)nThe pulseEKKO 100(1000) system provides shielded, full bi-static operational capability. The ability to move the antennas independently allows both simple reflection profiling surveys as well as CMP, multi offset and transillumination experiment

24、s to be conducted. The versatility of the system allows for variation in polarization as well as a number of other geometrical transducer configurations.EKKO-100型EKKO-1000型400MHz3.4 俄羅斯OKO探地雷達(dá)3.5 3.5 中國電波傳播研究所中國電波傳播研究所青島分所：青島分所：LTD-3LTD-33.5 3.5 中國電波傳播研究所中國電波傳播研究所青島分所：青島分所：LTD-3LTD-3四、地質(zhì)雷達(dá)方法技術(shù)四、地質(zhì)雷達(dá)

25、方法技術(shù) 探地雷達(dá)的野外工作，必須根據(jù)探測(cè)對(duì)象的狀況及所處的探地雷達(dá)的野外工作，必須根據(jù)探測(cè)對(duì)象的狀況及所處的地質(zhì)環(huán)境并選擇合適的測(cè)量參數(shù)，才能保證雷達(dá)記錄的質(zhì)量。地質(zhì)環(huán)境并選擇合適的測(cè)量參數(shù)，才能保證雷達(dá)記錄的質(zhì)量。 1）、剖面法）、剖面法2）、多次覆蓋）、多次覆蓋3）、寬角法）、寬角法4.1 4.1 測(cè)量方式測(cè)量方式 1）、剖面法）、剖面法 剖面法是發(fā)射天線剖面法是發(fā)射天線(T)和接收天線和接收天線(R)以固定間距沿測(cè)線同步以固定間距沿測(cè)線同步移動(dòng)的一種測(cè)量方式，當(dāng)發(fā)射天線與接收天線間距為零，亦移動(dòng)的一種測(cè)量方式，當(dāng)發(fā)射天線與接收天線間距為零，亦即發(fā)射天線與接收天線合二為一時(shí)稱為單天線形式

26、，反之稱即發(fā)射天線與接收天線合二為一時(shí)稱為單天線形式，反之稱為雙天線形式。剖面法的測(cè)量結(jié)果可以用探地雷達(dá)時(shí)間剖面為雙天線形式。剖面法的測(cè)量結(jié)果可以用探地雷達(dá)時(shí)間剖面圖來表示。該圖像的橫坐標(biāo)記錄了天線在地表的位置；縱坐圖來表示。該圖像的橫坐標(biāo)記錄了天線在地表的位置；縱坐標(biāo)為反射波雙程定時(shí)，表示雷達(dá)脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下標(biāo)為反射波雙程定時(shí)，表示雷達(dá)脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面反射回到接收天線所需的時(shí)間。這種記錄能準(zhǔn)確反映測(cè)界面反射回到接收天線所需的時(shí)間。這種記錄能準(zhǔn)確反映測(cè)線下方地下各反射界面的形態(tài)。線下方地下各反射界面的形態(tài)。 2） 、多次覆蓋法、多次覆蓋法 由于介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收，來自深部界

27、面的反射波由于介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收，來自深部界面的反射波會(huì)由于信噪比過小而不易識(shí)別。這時(shí)可應(yīng)用不同天線距會(huì)由于信噪比過小而不易識(shí)別。這時(shí)可應(yīng)用不同天線距的發(fā)射的發(fā)射接收天線在同一測(cè)線上進(jìn)行里復(fù)測(cè)量，然后把接收天線在同一測(cè)線上進(jìn)行里復(fù)測(cè)量，然后把測(cè)量記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，這種記錄能增強(qiáng)測(cè)量記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，這種記錄能增強(qiáng)對(duì)深部地下介質(zhì)的分辨能力。對(duì)深部地下介質(zhì)的分辨能力。 3） 、寬角法、寬角法 當(dāng)一個(gè)天線固定在地當(dāng)一個(gè)天線固定在地面某一點(diǎn)上不動(dòng)，而另一面某一點(diǎn)上不動(dòng)，而另一個(gè)天線沿測(cè)線移動(dòng)，記錄個(gè)天線沿測(cè)線移動(dòng)，記錄地下各個(gè)不同界面反射波地下各個(gè)不同界面反射波的雙程走時(shí)，這種

28、測(cè)量方的雙程走時(shí)，這種測(cè)量方式稱為寬角法。式稱為寬角法。 這種測(cè)量方式的目的是這種測(cè)量方式的目的是求取地下介質(zhì)的電磁波傳播求取地下介質(zhì)的電磁波傳播速度。速度。 4.2 4.2 探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)4.2 4.2 探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù) 探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)目標(biāo)是壓制隨機(jī)的和規(guī)則的干擾，是壓制隨機(jī)的和規(guī)則的干擾，以最大可能的分辨率在探地雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，提以最大可能的分辨率在探地雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，提取反射波的各種有用的參數(shù)（包括電磁波速度，振幅和波形取反射波的各種有用的參數(shù)（包括電磁波速度，振幅和波形等）來幫助解釋。等）來幫助解釋

29、。四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋 探地雷達(dá)與反射地震都依靠脈沖回波信號(hào)，其子波長(zhǎng)探地雷達(dá)與反射地震都依靠脈沖回波信號(hào)，其子波長(zhǎng)度都由發(fā)射源控制。脈沖在地下傳播過程中，能量均會(huì)產(chǎn)度都由發(fā)射源控制。脈沖在地下傳播過程中，能量均會(huì)產(chǎn)生生球面球面衰減，也會(huì)由于介質(zhì)對(duì)波的能量的吸收而減弱，在衰減，也會(huì)由于介質(zhì)對(duì)波的能量的吸收而減弱，在地下介質(zhì)不均時(shí)還會(huì)發(fā)生散射、反射與透射。因此數(shù)字記地下介質(zhì)不均時(shí)還會(huì)發(fā)生散射、反射與透射。因此數(shù)字記錄的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)類似于反射地震數(shù)據(jù)，反射地震數(shù)字處錄的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)類似于反射地震數(shù)據(jù)，反射地震數(shù)字處理許多有效技術(shù)通過某種形式改變均可以應(yīng)用于探地雷達(dá)理許多有效

30、技術(shù)通過某種形式改變均可以應(yīng)用于探地雷達(dá)資料的處理。資料的處理。 四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋W(xué)hy？ 電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí),我們經(jīng)常采用幾何光學(xué)的原理來描述和計(jì)算，這樣計(jì)算起來會(huì)比較方便。但實(shí)際上，電磁波在地下介質(zhì)的半無限空間中呈球面?zhèn)鞑?，我們?yīng)該用惠更斯原理來描述電磁波的反射、折射和衍射，如下圖： 只有這樣，我們才能理解為什么當(dāng)雷達(dá)剖面垂直于地下管線時(shí)，得到的圖像是拋物線形。如下圖： 地質(zhì)雷達(dá)的噪聲地質(zhì)雷達(dá)的噪聲 ： P/ 3，P/58-60。正確識(shí)別各種正確識(shí)別各種雜波和噪聲雜波和噪聲，提取，提取有用信號(hào)有用信號(hào)是地質(zhì)是地質(zhì)雷達(dá)解釋的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)雷達(dá)記錄進(jìn)行各種數(shù)雷達(dá)解

31、釋的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)雷達(dá)記錄進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。據(jù)處理的關(guān)鍵。 載入原始數(shù)據(jù) 增益/能量衰減 圖像顯示和解釋 一維帶通濾波 二維濾波/抽取平均道 二維濾波/滑動(dòng)平均 1 維濾波/去直流漂移 靜校正/移動(dòng)開始時(shí)間 偏移/時(shí)深轉(zhuǎn)換 四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.1 4.1 數(shù)字濾波數(shù)字濾波 地質(zhì)雷達(dá)在測(cè)量過程中，為了保留盡可能多的信息，常地質(zhì)雷達(dá)在測(cè)量過程中，為了保留盡可能多的信息，常采用采用全通全通的記錄方式，這樣有效波的干擾就被同時(shí)記錄下來，的記錄方式，這樣有效波的干擾就被同時(shí)記錄下來，為了去除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)，需要采用數(shù)字濾波的方法。為了去除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)，需要采用數(shù)字

32、濾波的方法。數(shù)字?jǐn)?shù)字濾波濾波就是根據(jù)數(shù)據(jù)中有效信號(hào)和干擾信號(hào)頻譜范圍的不同來消就是根據(jù)數(shù)據(jù)中有效信號(hào)和干擾信號(hào)頻譜范圍的不同來消除干擾波。除干擾波。 如果有效信號(hào)的頻譜分布與干擾信號(hào)的頻譜有一個(gè)比較如果有效信號(hào)的頻譜分布與干擾信號(hào)的頻譜有一個(gè)比較明顯的分界，那么可根據(jù)具體的干擾信號(hào)的分布，設(shè)計(jì)一個(gè)合明顯的分界，那么可根據(jù)具體的干擾信號(hào)的分布，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的理的濾波器濾波器，將其濾除，就得到了濾波以后的結(jié)果，根據(jù)干擾，將其濾除，就得到了濾波以后的結(jié)果，根據(jù)干擾信號(hào)的頻譜分布的不同，可以采取信號(hào)的頻譜分布的不同，可以采取低通、高通或帶通低通、高通或帶通的方法。的方法。四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)

33、處理與資料解釋4.1 4.1 數(shù)字濾波數(shù)字濾波其他01)(hfffHhf 如果如果噪音噪音的頻譜分布只有高頻成分，那么可采用的頻譜分布只有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：如下的濾波器將其濾除：式中 是高截頻率。1）低通濾波）低通濾波四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.1 4.1 數(shù)字濾波數(shù)字濾波2）高通濾波）高通濾波 如果如果噪音噪音的頻譜分布只有低頻成分，那么可采用的頻譜分布只有低頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：如下的濾波器將其濾除：其他01)(lfffHlf式中 是低截頻率。四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋3）帶通濾波）帶通濾波如果如果噪音噪音的頻

34、譜分布既有低頻成分又有高頻成分，的頻譜分布既有低頻成分又有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：那么可采用如下的濾波器將其濾除： 其他01)(hlffffH四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.1 4.1 數(shù)字濾波數(shù)字濾波4.2 4.2 雷達(dá)資料的偏移處理雷達(dá)資料的偏移處理 探地雷達(dá)與反射地震方法一樣都是接收來自地下介探地雷達(dá)與反射地震方法一樣都是接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。偏離測(cè)點(diǎn)的地下介質(zhì)交界面的反射點(diǎn)，質(zhì)界面的反射波。偏離測(cè)點(diǎn)的地下介質(zhì)交界面的反射點(diǎn)，只要其法平面通過測(cè)點(diǎn)，都可以被記錄下來。在資料處只要其法平面通過測(cè)點(diǎn)，都可以被記錄下來。在資料處理中需把雷達(dá)記錄中的理中需

35、把雷達(dá)記錄中的每個(gè)反射點(diǎn)移到其原來的位置每個(gè)反射點(diǎn)移到其原來的位置，這種處理方法稱為這種處理方法稱為偏移歸位處理偏移歸位處理，經(jīng)過偏移處理的雷達(dá)，經(jīng)過偏移處理的雷達(dá)剖面可剖面可反映地下介質(zhì)的真實(shí)位置反映地下介質(zhì)的真實(shí)位置。 四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋85cm雷達(dá)天線測(cè)線10cmm5cm有機(jī)玻璃30cm檔板塑料進(jìn)出水管口四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.2 4.2 雷達(dá)資料的偏移處理雷達(dá)資料的偏移處理 原始數(shù)據(jù)雷達(dá)剖面圖 偏移后的雷達(dá)剖面圖 四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.2 4.2 雷達(dá)資料的偏移處理雷達(dá)資料的偏移處理 4.3 4.3 雷達(dá)圖像的

36、增強(qiáng)處理雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋1）振幅恢復(fù)）振幅恢復(fù)4.3 4.3 雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋2）道內(nèi)均衡）道內(nèi)均衡4.3 4.3 雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋2）道內(nèi)均衡）道內(nèi)均衡四、四、 地質(zhì)雷達(dá)資料解釋地質(zhì)雷達(dá)資料解釋 探地雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋探地雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋是探地雷達(dá)測(cè)量的是探地雷達(dá)測(cè)量的目的。然而探地雷達(dá)資料反映的是地下介質(zhì)的電目的。然而探地雷達(dá)資料反映的是地下介質(zhì)的電性分布，要把地下介質(zhì)的電性分布轉(zhuǎn)化為地質(zhì)體性分布，要把地下介質(zhì)的電性

37、分布轉(zhuǎn)化為地質(zhì)體的分布，必須把地質(zhì)、鉆探、探地雷達(dá)和其他相的分布，必須把地質(zhì)、鉆探、探地雷達(dá)和其他相關(guān)的資料有機(jī)結(jié)合起來，建立測(cè)區(qū)的地質(zhì)關(guān)的資料有機(jī)結(jié)合起來，建立測(cè)區(qū)的地質(zhì)地地球物理模型，并以此獲得地下地質(zhì)模式。球物理模型，并以此獲得地下地質(zhì)模式。1、時(shí)間剖面的解釋方法、時(shí)間剖面的解釋方法四、四、 地質(zhì)雷達(dá)資料解釋地質(zhì)雷達(dá)資料解釋2、雷達(dá)波速度的求取、雷達(dá)波速度的求取1、時(shí)間剖面的解釋方法、時(shí)間剖面的解釋方法四、四、 地質(zhì)雷達(dá)資料解釋地質(zhì)雷達(dá)資料解釋 探地雷達(dá)圖像剖面是探地雷達(dá)資料地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)圖件，只要地下介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達(dá)圖像剖面中找到相應(yīng)的反射波與之對(duì)應(yīng)。根據(jù)相鄰道上反射波

38、的對(duì)比，把不同道上同一個(gè)反射波相同相位相同相位連結(jié)起來的對(duì)比稱為同相軸同相軸。一般在無構(gòu)造區(qū)，同一波組往往有一組光滑平行的同相軸與之對(duì)應(yīng)，這一特性稱為反射波組的同相性反射波組的同相性。1、時(shí)間剖面的解釋方法、時(shí)間剖面的解釋方法四、四、 地質(zhì)雷達(dá)資料解釋地質(zhì)雷達(dá)資料解釋 探地雷達(dá)測(cè)量使用的點(diǎn)距很?。?m），地下介質(zhì)的地質(zhì)變化在一般情況下比較緩慢，因此相鄰記錄道上同一反射波組的特征會(huì)保持不變，這一特征稱為反射波形的相似性。反射波形的相似性。同一地層的電性特征接近，其反射波組的波形、振幅、周期及其包絡(luò)線形態(tài)等有一定特征。確定具有一定特征的反射波組是反射層識(shí)別的基礎(chǔ)，而反射波組的同相性同相性與相似性相

39、似性為反射層的追蹤提供了依據(jù)。不同測(cè)量目的對(duì)地層的劃分是不同：不同測(cè)量目的對(duì)地層的劃分是不同： （1）在進(jìn)行考古調(diào)查時(shí)，特別關(guān)注文化層的識(shí)別； （2）在進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查時(shí)，常以地層的承載力作為地層劃 分依據(jù)，因此不僅要?jiǎng)澐只鶐r，而且對(duì)基巖風(fēng)化程度也 需要加以區(qū)分。 為此需要根據(jù)測(cè)量目的，對(duì)比雷達(dá)圖像與鉆探結(jié)果，建立測(cè)區(qū)地層的反射波組特征。根據(jù)反射波組的特征就可以在雷達(dá)圖像剖面中拾取反射層。一般是從垂直走向的測(cè)線開始，逐條測(cè)線進(jìn)行。最后拾取的反射層必須能在全部測(cè)線中都能連接起來并保證在全部測(cè)線交點(diǎn)上相互一致閉合。1、時(shí)間剖面的解釋方法、時(shí)間剖面的解釋方法四、四、 地質(zhì)雷達(dá)資料解釋地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1、時(shí)間剖面的解釋方法、時(shí)間剖面的解釋方法四、四、 地質(zhì)雷達(dá)資料解釋地質(zhì)雷達(dá)資料