地质雷达介绍PPT优质PPT.ppt

地质雷达介绍PPT优质PPT.ppt

《地质雷达介绍PPT优质PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地质雷达介绍PPT优质PPT.ppt（85页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

与探空或通迅雷达技术类似，探地雷达也是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的，它是从地面向地下发射电磁波来实现探测目的，故亦称之为探地雷达或地质雷达（GranndPenetratingRadar,GPR）。

据已发表的资料探地雷达使用的发射波形有调幅脉冲波、调频脉冲波、连续波等；

使用的天线有对称振子天线、非对称振子天线、螺旋天线、喇叭天线等。

脉冲时域探地雷达输出功率大，能实时监测测量结果，设备可做成便携式等优点，在商用地面探地雷达中，已得到广泛应用。

4,探地雷达的实际应用范围很广，如：

灰岩地区岩溶的探测;

冰川和冰山的厚度等探测;

工程地质探测;

管线探测;

煤矿井探测，泥炭调查;

放身性废弃物处理调查;

水文地质调查;

地基和道路下空洞及裂缝等建筑质量探测;

地下埋设物，古墓遗迹等探查;

隧道、堤岸、水坝等探测。

探地雷达探测所使用的中心工作频率在105000MHZ范围时窗在020000ns，电磁场以波动形式传播，为辐射场法。

根据不同的地质条件，地面系列的雷达探测深度约在3050m，分辨率可达数厘米，深度符合率小于5cm。

5,一、基本原理,高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面，由接收天线所接收。

高频电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几何形态而变化。

因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下分界面或地质体的空间位置及结构。

工程勘察专题-地质雷达,6,探地雷达工作原理示意图,7,超高频电磁波（10MHz5000MHz）由于地下介质往往具有不同的物理特性，如介质的介电性、导电性及导磁性差异，因而对电磁波具有不同的波阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或管线等目标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在介质的界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲其传播路径、电磁波场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射回波走时、幅度及波形资料，可以推断地下介质或管线的埋深与类型。

8,为相位系数，为导电率（1/），为介电系数，为磁导率,9,10,11,3.电磁波的反射系数,电磁波在传播过程中，遇到不同的阻抗界面时将产生反射波和透射波，其反射与透射遵循反射与透射定律。

反射波能量大小取决于反射系数R，反射系数的数学表达式：

12,常见介质的相对介电常数、导电率、传播速度与吸收系数,13,利用雷达对空间目标的探测已发展成为一项成熟的技术，并被广泛应用在各种军事及民用领域中。

随着人类对自然界认识的逐步深化，人们对地下世界的探知要求变得越来越迫切与深入。

早在1904年德国人就采用了电磁波探测地下的金属物体，到1956年，J.c.Cook又提出了应用无载频脉冲雷达探测地下目标。

随着科学技术理论与应用实践，瞬态无载频脉冲雷达技术得到了较快的发展，并在70年代中进入了实际应用阶段。

我国从80年代中期开始进行探地雷达技术的研究和试验，最初用于军事地雷的探测。

经过十几年的研制攻关，在雷达硬件设备、信号处理、目标成像等方面取得重大进展和突破，特别是成功地实现了对地下目标的三维层析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使探地雷达在信号处理和成像技术方面进入了世界领先行列,二、雷达技术的研究及探测仪器的发展,工程物探专题-地质雷达,14,加拿大Sensor&

SoftwareInc.,EKKO（Noggin）系列美国GSSI，SIR系列瑞典MalaGeoscienceInc.,RAMAC系列意大利IDS,RIS系列中国电磁波传播研究所CRIRP，LTD系列拉脱维亚，ZOND系列,15,EKKO100增强型,EKKO1000型,Noggin250型,EKKO系列,16,SIR3000型（最新）,匹配天线,SIR系列,17,3207型,5103型,5100型,Next,美国GSSI自行生产的天线,18,Subecho70型,屏蔽天线900型,屏蔽Subecho200型,Radarteam定制的天线,19,X3M型,RAMAC系列,匹配天线,20,屏蔽天线100型,非屏蔽天线100型,非屏蔽天线200型,21,RIS-2K/ME型（多道）,RIS系列,RIS-2K/0型（单道）,22,LTD系列,200MHz,300MHz,500MHz,500M,900M,1000M,23,LTD车载系统,LTD-2000车载公路检测仪（车载系统探测速度可达到60km/h，各项指标已达到或超过国外同类产品，可用于公路面基层厚度和基层下存在缺陷检测）,24,北京爱迪尔公司的CBS-9000型地质雷达及天线,ZOND12-E型地质雷达及天线,26,三、野外数据采集,1.主要技术参数1.1雷达方程,工程物探专题-地质雷达,27,探测距离与探距方程,雷达系统从发射到接收过程中的功率损耗Q可由雷达探距方程来描述。

满足Qs+Q0的距离，称为探地雷达的探测距离，亦即处在距离r范围内的目的体的反射信号可以为雷达系统所探测。

系统增益：

最小可探测的信号功率,输入到发射天线的功率,28,对于铜、铁等良导电媒介质，其电导率很大，衰减常数也很大，因此，电磁波在良导电媒质中传播时，场矢量的衰减很快，电磁波只能透入良导体表面的薄层内（电磁波只能在导体以外的空间或电介质中传播），这种现象称为趋肤效应。

电磁波透入导体内的深度称为穿透深度，或趋肤深度：

这表明电磁波进入良导体的深度是其波长的1/2倍，高频电磁波透入良导体的深度很小。

当频率是100MHz时，。

可见，高频电磁波的电磁场，集中在良导体表面的薄层内，相应的高频电流也集中在该薄层内流动。

1.2探测距离与选用的天线频率、地下介质的相对介电常数、电导率相关,29,31,1.3分辨率（分辨最小异常体的能力）垂向分辨率：

区分一个以上反射界面的能力四分之一波长：

B=/4=v/4f水平分辨率：

在水平方向上所能分辨的最小异常体的尺寸波的干涉原理，与第一菲涅尔带有关,32,2.探地雷达探测的设计,每接受一个探地雷达测量任务都需要对目的体特性与所处环境进行分析，以确定探地雷达测量能否取得预测效果。

（1）目的体深度是一个非常重要的问题。

如果目的体深度超出雷达系统探测距离的50，那么探地雷达方法就要被排除。

雷达系统探测距离可根据雷达探距方程进行计算。

（2）目的体几何形态（尺寸与取向）必须尽可能了解清楚。

目的体尺寸包括高度、长度与宽度。

目的体的尺寸决定了雷达系统可能具有的分辨率关系到天线中心频率的选用。

如果目的体为非等轴状，则要搞清目的体走向、倾向与倾角，这些将关系到测网的布置。

33,（4）围岩的不均一性尺度必须有别于目的体的尺度，否则目的体的响应将淹没在围岩变化特征之中而无法识别。

（5）测区的工作环境必须搞请。

当测区内存在大范围金属构件或无线电射频源时，将对测量形成严重干扰,此外测区的地形、地貌、温度、湿度等条件也将影响到测量能否顺利进行。

（3）目的体的电性（介电常数与导电率）必须搞清。

雷达方法成功与否取决于是否有足够的反射或散射能量为系统所识别。

当围岩与目的体相对介电常数分别为r1与r2时，目的体功率反射系数的估算式为:

一般来说目的体的功率反射系数应不小于0.01。

34,测量工作进行之前必须首先建立测区坐标，以便确定测线的平面位置。

（1）管线方向已知，测线应垂直管线长轴；

如果方向未知，则应采用方格网。

（2）目的体体积有限时，先用大网格小比例尺初查，以确定目的体的范围，然后用小网格、大比例尺测网进行详查。

网格大小等于目的体尺小。

（3）对基岩面等二维体进行调查时，测线应垂直二维体的走向，线距取决于目的体沿走向方向的变化程度。

3.测网布置,35,4.测量参数选择,测量参数选择合适与否关系到测量的效果。

测量参数包括天线中心频率、时窗、采样率、测点点距与发射、接收天线间距。

（1）天线中心频率选择。

天线中心频率选择需兼顾目的体深度与目的体的尺寸，一般来说，在满足分辨率且场地条件又许可时，应该尽量使用中心频率较低的天线;

天线频率与探测深度的粗略关系：

1000M-0.5m500M-3-5m200M-3-8m100M-15m50M-30m10M-50m

（2）时窗选择。

时窗选择主要取决于最大探测深度hmax（单位m）与地层电磁波速度v（单位m/ns）。

时窗w（ns）可由下式估算:

w=1.3（2hmax/v）;

36,（3）采样率选择。

采样率是采样点间的时间间隔。

采样率由尼奎斯特（Nyquist）采样定律控制，即采样率至少应达到记录的反射波中最高频率的2倍。

大多数探地雷达系统，频带与中心频率之比为1：

1，即发射脉冲能量覆盖的频率范围为0.51.5倍中心频率。

这就是说反射波的最高频率约为中心频率的1.5倍，按Nyquist定律，采样速率至少要达到天线中心频率的3倍。

为使记录波形更完整，专业工程师建议采样率为天线中心频率的6倍（ZOND系列雷达系统建议10倍）。

当天线中心频率为f（MHz）。

则采样率（ns）：

t=1000/6f,37,（4）测点点距选择。

在离散测量时，测点点距选择取决于天线中心频率与地下介质的介电特性。

为确保地下介质的响应在空间上不重叠，亦应遵循尼奎斯特定律，采样间隔nx（m）应为围岩中子波波长的14，即:

在连续测量时，天线最大移动速度取决于扫描速率，天线宽度以及目的体尺寸。

SIR系统认为查清目的体应至少保证有20次扫描通过目的体，于是最大移动速度Vmax应满足:

38,（5）天线间距选择。

使用分离式天线时，适当选取发射与接收天线之间的距离，可使来自目的体的回波信号增强，偶极天线在临界角方向的增益最强，因此天线间距S的选择应使最深目的体相对接收与发射天线的张角为临界角的2倍，即,实际测量中，天线距的选择常常小于该数值。

原因之一是天线间距加大，增加了测量工作的不便；

原因之二是随着天线间距增加，垂向分辨率降低，特别是当天线距S接近目的体深度的一半时，该影响将大大加强。

一般取S为最大目的体深度的20%,i,张角,S,39,5.野外信号采集方式5.1剖面法（反射观测方式）,土木工程学院工程物探,40,5.2透射法,柱墙楼板,发射天线,接收天线,41,5.3宽角法（共深点法，CDP）用于求取表层土的电磁波传播速度,空气波,地表直达波,42,四、探地雷达图像的数字处理技术,常规的数字处理方法：

预处理：

点平均、道平均等数字滤波，低通、高通及带通、中值波波等增益调节：

AGC、SEG、Const偏移处理：

以射线理论为基础的偏移归位方法波动方程偏移多次叠加技术特殊的数据处理方法：

复信号分析：

瞬时相位、瞬时振幅、瞬时频率其它一些非线性技术的应用，如分形技术发展方向：

成像处理、图像的三