1、云南交通職業(yè)技術(shù)學院李 昆 副教授Email: L學習、交流、合作-共同進步！準備知識：雷達發(fā)展的歷史（見：翻譯文稿）目前市場上地質(zhì)雷達的類型及其競爭（見：radar1類型ppt；遼寧公路比武與2000年世界著名雷達比武榮獲第一；最新的格威雷達資料）本次研修班使用的雷達簡況： 1、型號：RIS-2k A (最新RIS-k2 ) 2、硬件：四套天線及主機系統(tǒng) 3、軟件：四個配套數(shù)據(jù)處理軟件 4、參見意大利RIS雷達資料（精選）ppt云交院雷達系統(tǒng)雷達系統(tǒng)、探測及其解譯圖示意大利RIS雷達資料（精選）參閱：1、加拿大蒙工實驗室GPR情況： （文件夾：蒙工GPR儀器照片）2、Groundvue系列地

2、質(zhì)雷達（李昆）.doc反射剖面模式下的GPR原理a) 一套發(fā)射與接收天線沿剖面方向勻速移動，在圖（c）GPR剖面上天線位置56、91、226的反射波路徑略圖b)在 wiggle模式下，這些位置處接收信號的顯示c) 在海岸環(huán)境下用200MHz系統(tǒng)獲得的GPR剖面。水平軸顯示沿剖面的距離，左邊的垂直軸顯示雙程走時，右邊顯示轉(zhuǎn)換的深度。直達波問題！問題一:GPR圖譜黑白線條的含義？！（注意：直達波問題？！）參見：翻譯文章第八章第一節(jié)在接收雷達上看到的單個信號脈沖與反射的結(jié)構(gòu)圖異常的發(fā)現(xiàn)圖解：Wiggle圖：導致雷達信號強度減弱的過程如右圖。其中，頻率越高衰減就越大；在頻率一定的情況下，濕度越大的介質(zhì)

3、衰減也越大。 問題二:振幅激化方向問題？！1、 振幅反射系數(shù) R 表征反射能量的大小，與介質(zhì)兩側(cè)相對介電常數(shù)差值大小有關(guān)：2、R值為正，即高波速介質(zhì)進入低波速介質(zhì)（空氣進入巖石內(nèi)，正振幅，以紅色表示）；為負，即低波速介質(zhì)進入高波速介質(zhì)（從混凝土內(nèi)部進入其空洞，負振幅，以蘭色表示） 振幅正負值與顏色問題三：探測深度與時窗長度 的問題？！探測深度的選取是GPR探測開始就要面臨的重要問題。處理原則：既不要選得太小丟掉重要數(shù)據(jù)，也不要選得太大降低垂向分辨率。一般選取探測深度H為目標深度的1.5倍。時窗的選擇決定雷達系統(tǒng)對反射回來的雷達信號取樣的最大時間范圍，這就決定了雷達記錄所反映的最大探測深度。雷達

4、最大探測深度的問題？-實際運用中存在著兩個公式，這是一個容易引起混亂的問題！時窗主要取決于最大探測深度d與地層電磁波速度v，數(shù)據(jù)采集時所開的時窗W可由下式?jīng)Q定（經(jīng)驗公式）: 由于系統(tǒng)默認 v = 0.1 m/nsec ,故上式寫成：w = dmax201.3 上式中時窗的選用值增加30%，是為了介質(zhì)中電磁波速度與目標深度的變化所設(shè)的校正值。根據(jù)探測深度H和介電常數(shù)推導得來的時窗長度（Range/ns）公式： Range(t)=(2/0.3)H()1/2 =6.6H()1/2 (單位：ns) 例如對于地層巖性為含水砂層時，介電常數(shù)為25，探測深度為3m時，時窗長度應選 為100ns，時窗選擇略有

5、富余，寧大勿小。 （工作中關(guān)鍵是：介電常數(shù)不易獲得?。﹥x器使用中，各天線有其默認的最大時窗wmax值，它對應一個最大探測深度。問題四：各使用天線的垂直與水平分辨率具體值如何確定？！-這是一個很少人給出具體說明的問題！電磁波波束寬度決定水平空間分辨率在保證分辨率且場地條件許可時, 盡量使用中心頻率低的天線。天線的中心頻率可由下式確定: 其中: X 為空間分辨率，m 。 SSI公司對兩個不同位置的點目標在兩種天線頻率探測下的分辨率演示提示我們野外工作要選對天線！ a)在模型空間中部1m深埋設(shè)單管；b) 模型中部1m和1.2m深上、下埋設(shè)雙管；c)雙管1m深，水平0.5m間距雷達垂直分辨率：/4 /

6、2例如：80MHz天線垂直分辨率估算周期 T=1/（80106 ）=125 10-10 s平均波速v =0.1m/ nsec = 1108 m/s波長= v T = 1.25 m雷達垂直分辨率：0.312 0.625 m水平分辨率及其計算公式：L=(r/2)1/2例如：40MHz1/fc =25 ns r=2mc=0.1x25=2.5 L=(2.5)1/2L=1.58m (?)目標介質(zhì)特性和地質(zhì)雷達的中心頻率一定時，d 越深,能夠分辨的物體尺寸要越大。 幾個基本概念：地下不同介質(zhì)形狀不同，電磁性不同，產(chǎn)生的反射波的振幅、相位、頻率均相應產(chǎn)生變化，地質(zhì)雷達圖像上顯示的反射波是反射波的振幅，相位、

7、頻率等參數(shù)綜合顯示的實信號（注：與復信號相對 ）。瞬時振幅波形反映了給定時刻反射信號能量大小及能量衰減狀況，利用它可以推測地下介質(zhì)的性質(zhì)。瞬時相位波形反映地下介質(zhì)相位的變化，地下介質(zhì)電磁性差異常引起相位的變化，因此利用它可推測地下介質(zhì)的連續(xù)性。另外瞬時相位大小與反射波的振幅無關(guān)，因此利用它可研究地下深層介質(zhì)的性質(zhì)。瞬時頻率波形也反映了地下介質(zhì)性質(zhì)的變化，利用它可推測地下介質(zhì)的形狀及性質(zhì)。掃描速率Scans/S：掃描速率是定義每秒鐘雷達采集多少掃描線記錄，掃描速率大時采集密集，天線的移動速度可增大，因而可以盡可能的選大。但是它受儀器能力的限制。對于一種類型的雷達，他的A/D采樣位數(shù)、掃描樣點數(shù)和

8、掃描速度三者的乘積應為常數(shù)。當掃描速率Scans/s決定后，要認真估算天線移動速度TV。估算移動速度的原則是要保證最小探測目標（SOB）內(nèi)只少有20條掃描線記錄：TVScans*SOB/20，例如探測目標最小尺度為10cm、掃描速率64Scans/s時,推算天線運動速度應小于32cm/s，相當于0.5cm/scan。如果最小目標為0.5m,則天線移動速度可達1.5m/s。掃描樣點數(shù)Samples/Scan：有128、256、512、1024、2048/scan可供選用，為保證高的垂向分辨，在容許的情況下盡量選大。對于不同的天線頻率Fa、不同的時窗長度Range，選擇樣點數(shù)Samples應滿足下

9、列關(guān)系：Samples10-8*Range*Fa ，該關(guān)系保證在使用的頻率下一個波形有10個采樣點。例如對于900MHZ天線，40ns采樣長度的時窗，要求每掃描道樣點數(shù)大于360Sanples/Scan，可以選擇接近的值512。對于100MHZ天線，500ns采樣長度，樣點數(shù)應大于500 Samples/ Scan,可以取512或1024。樣點數(shù)大對提高資料的質(zhì)量有利，但耗時較大，影響前進速度。 增益點數(shù)的選擇：增益點的作用是使記錄線上不同時段有不同放大倍數(shù)，使各段的信號都能清楚的顯現(xiàn)出來，增益點的位置最好是在反射信號出現(xiàn)的時段附近。SIR型雷達設(shè)計的增益點從2到8個，時窗短時選2點增益，時窗

10、長時選4或5足以。點之間的增益是線性變化的，增益的變化是平滑的。增益大小的調(diào)節(jié)是使多數(shù)反射信號強度達到滿度的60%-70%，增益太大將造成削頂，增益太小將丟失弱小信號。地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)采集時的信號觸發(fā)方式一般有4種，即測量輪觸發(fā)、時間觸發(fā)、鍵盤觸發(fā)、線式觸發(fā) GPR圖譜識別的幾個概念：地質(zhì)雷達圖像剖面是地質(zhì)雷達資料解釋的基礎(chǔ)，只要掌子面前方介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達剖面圖中找到相應的反射波與之對應。根據(jù)相鄰道上反射波的對比，把不同道上同一個反射波相同相位連接起來的對比線稱為同相軸，雷達剖面圖的識別主要是確定具有相同特征的反射波組的同相軸。 構(gòu)造斷裂帶在雷達剖面圖上的波形反映一般是與斷裂帶走勢相同的一條曲線；軟弱夾層和巖溶洞穴的波形反映一般是由許多