1SIR20操作手册解析.docx

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1SIR20操作手册解析

SIR-20操作手册

美国劳雷工业有限公司

第一章介绍1

1．1仪器系统1

第二章二维测量参数设置1

2.1:

SystemParameterSetup系统参数设置1

CreateFolders创建文件夹2

SetProgramDefaults设置缺省值2

Setworkingdirectories设置工作目录3

2.2:

SettingUpyourSystemfor2DDataCollection二维测量4

ProjectsandProfiles:

HowtheSIR-20CollectsData项目4

TheFileHeader文件头4

CollectionParameters采集参数设置5

2.3:

DataCollectionMethods数据采集方法7

SurveyWheelControlledCollection测量轮控制测量7

Position/Range信号位置/时间窗口14

Gain增益15

FiltersandStacking滤波和叠加17

DuringCollection数据采集18

Time-Based（Freeruncontinuous）DataCollection连续测量数据采集18

PointModeDataCollection点测19

附录D：

装好的SIR-20配置1

第一章介绍

本手册适用于地质雷达新老用户。

无论你是否具有地质雷达的使用经验，都建议你完整地阅读本手册，并且参考附录F中的相关书籍。

1．1仪器系统

SIR-20系统预装了操作系统和采集处理软件。

如果单独购买SIR-20，则SIR-20系统包含以下部件：

数字控制单元MF-20：

蓝色矩形盒，一侧带有电风扇和后面是各种接口。

ToughBook光驱。

RADAN主程序和3DQuickDraw（三维快速绘图）软件包：

预装在ToughBook笔记本上。

直流电源：

连接在汽车电源上。

交流电源适配器。

操作手册。

运输箱。

至于天线、电缆、电池包等可以单独购买。

警告：

在SIR-20笔记本上不要安装任何软件。

在地质雷达系统上安装其它的软件有可能使得系统失效。

由于安装了XX的软件使得系统失效，并不在保修范围之内。

第二章二维测量参数设置

SIR-20地质雷达系统启动后，计算机桌面上有几个radar程序的快捷方式。

基本程序包括数据采集程序SIR-20,现场处理程序RADAN。

图5SIR-20桌面

SIR-20地质雷达系统有五个快捷方式：

RADAN,SIR-20,SSLinescan,StructureScan,andOpticalScan。

RADAN是后处理程序，其它四个为相互独立的数据采集程序，SIR-20为通用数据采集程序，后三个程序专门采用高频天线检测混凝土结构（详细信息参考第四章）。

2.1:

SystemParameterSetup系统参数设置

本节介绍数据采集的参数设置方法。

CreateFolders创建文件夹

SIR-20采集的信息可以非常大。

SIR-20采用笔记本计算机保存数据文件。

每个项目测量前，必须在计算机硬盘的C盘上创建一个新的文件夹。

文件夹名称最好与测量项目相关，比如客户名称、测区名称、测量时间、工作编号。

在Windows系统下创建文件夹非常简单，步骤如下：

●打开“MyComputer（我的电脑）”。

●双击“LocalDisk（C:

）（本地硬盘C:

）”，在C盘下创建一个文件夹“Beijing（北京，此为用户名称）”。

●再该文件夹下新建子文件夹“GPRData（地质雷达资料，此为测区名称）”。

SetProgramDefaults设置缺省值

双击桌面上的SIR-20图标，打开SIR-20采集软件（图6SIR-20初始界面），该采集软件是RADAN软件的一个模块。

此时需要在该程序中选择一个保存文件的文件夹，并设置相关的参数作为缺省值。

图6SIR-20初始界面

选择命令菜单“View（视图）|Customize（自定义）”，弹出对话框“Customize（自定义）”（图7），具有4个TAB表，依次为Directories（目录）,Appearance（界面外观）,LinearUnits（单位）,SIRVEYOR。

图7自定义窗口

Setworkingdirectories设置工作目录

创建“Source（原文件）”文件夹。

●点击Directories（工作目录）表，点按钮“Source（原文件）”，弹出文件夹列表窗口，选择先前创建好的文件夹“C:

\Beijing\GPRData”,点OK按钮选中该文件夹。

●或者直接在“Source”按钮后的空白处输入文件夹C:

\Beijing\GPRData。

●或直接输入以盘符C:

开头的完整文件夹，如“C:

\Beijing\GSSIdata”，SIR-20软件自动为用户创建一个新文件夹。

“Output（输出）”文件夹的创建方法与Source文件夹一样，并且这两个文件夹在使用SIR-20采集数据时应完全一样。

SIR-20采集的资料由多个部分组成，分别保存在不同的位置。

以防止误操作而覆盖已有的原始数据文件。

在“Appearance（外观）”TAB表下有几个选项，“LargeButtons（大按钮）”的复选框前面打勾后，SIR-20采集软件打开后，软件按钮即为大按钮。

在“LinearUnits（线性单位）”tab表，可以选择垂直刻度、水平刻度。

在SIRVEYOR表下设置GPS参数，只有使用GPS测量时才使用该选项。

各个参数设置完成后，点击OK按钮即可。

2.2:

SettingUpyourSystemfor2DDataCollection二维测量

ProjectsandProfiles:

HowtheSIR-20CollectsData项目

SIR-20采用项目文件的方式来采集数据文件。

创建项目文件名的过程中需要输入采集参数，SIR-20软件根据这些参数采集资料并且保存成数据文件。

二维测量中有3类文件非常重要：

项目文件、宏文件、数据文件。

测量中请使用记录本随时记录测量信息：

测量参数、数据文件、地表情况、各类标识等。

这些数据文件都保存在指定的文件夹下。

项目文件ProjectFiles（*.rpj），作用是保存项目信息和采集参数列表，SIR-20就利用这些参数来采集资料，并且根据项目文件名的名称自动给每个数据文件命名。

例如项目文件名为Test.rpj，则数据文件名依次为Test001.dzt，Test002.dzt，Test003.dzt。

项目文件名的名称不要超过8个字母，SIR-20/RADAN软件利用项目文件名的前8个字母命名数据文件名。

否则项目文件名字太长，就会出错。

宏文件MacroFiles（*.cmf）包括了几个特殊的数据采集参数。

项目文件创建过程中可以新建宏文件或者打开已有的宏文件。

SIR-20软件将使用项目文件和宏文件中的参数信息来采集资料，并且把这些信息记录在测量文件的文件头中。

数据文件DataFiles（*.dzt），这是实际测量的数据文件。

利用RADAN软件可以打开数据文件（*.dzt），这些文件是根据项目文件的名称和参数获取的，并且包含一个记录所有采集参数信息的文件头。

TheFileHeader文件头

每个数据文件都有一个文件头，记录了所有采集参数信息。

地质雷达数据文件（*.DZT）中，每一个通道信息都有一个长度为1024比特的文件头，保存采集参数信息；有些参数在后处理时可以编辑和修改；文件头还可以保存处理参数信息。

另外文件头可以记录野外现场的测量信息：

测区位置、用户、测量时间、工作号、地表覆盖情况等等。

文件头中的参数有：

filename（文件名）,antennafrequency（天线频率）,range（时间窗口）,transmittedpulseposition（信号位置）,channel（通道）,samples/scan（采样点数/扫描）,bits/sample（比特/采样）,scans/unit（扫描/单位距离）,units/mark（单位距离/标记）,dielectricconstant（介电常数）,andapproximatedepthrange（近似深度）.Scans/unit距离单位为英制或者米制，依赖于”View（视图）|Customize（自定义）|linearunits（线性单位）”选项。

CollectionParameters采集参数设置

图9采集参数窗口

SIR-20应用广泛，测量应用不同采集参数就不同，用户必须熟悉这些参数的含义和设置方法。

1．Config（uration）Type测量类型，系统中预设了几种常见的测量类型，如structureconcretescanning（钢筋结构扫描）,utilitylocating（市政管线测量）,bridgeAssessment（桥梁评估）,highwaysurvey（高速公路检测）,geophysicalsurveys（深部地质地球物理调查）。

2．Config（uration）Name天线型号。

参数1的测量类型选定后，在参数2窗口内选择天线型号。

每种天线的测量参数如时间窗口、滤波器等参数都做了优化。

如果此处没有列出你需要的测量类型，在参数1“ConfigType（测量类型）”和参数2“ConfigName（天线型号）”都选择自定义类型CUSTOM。

附录中给出了天线参数缺省设置列表。

3．NumberofChannels通道数目。

SIR-20系统测量时可以利用一个通道，也可以同时使用两个通道。

采用两个通道接两个天线测量有几种情况：

两个天线分别测量；一个天线发射，另外一个天线接收；采用共中心点测量方式测量。

后面两种情况要求两个天线型号一样、电缆长度相同。

此时参数1和2都选择CUSTOM（自定义），并且参数NumberofChannels（通道数目）选择2，并且在窗口10和12种对通道信息进行定义。

4．Samp/Scan采样点数/扫描。

采样点数缺省为512。

选择项有128,256,512,1024,2048。

SIR-20系统记录扫描信息时都要采用一定的样点对每个扫描进行数字化。

采样点数必须大于10倍的时间窗口/天线脉冲宽度，以避免假频出现。

天线脉冲宽度请参考附录列表。

5．Scans/Sec扫描/秒：

每秒钟内地质雷达系统采集的数据扫描数量。

●采用FreeRun，基于时间的自由测量方式（连续测量）,与扫描/秒相关的有：

发射率（transmitrate）、天线移动的测量速度（surveyspeed）、水平滤波器的类型和宽度。

这些参数决定了测量剖面的扫描密度。

●采用surveywheel测量轮方式采集资料，相关的参数有：

扫描/秒、发射频率（transmitfrequency）、扫描/单位距离（scansperunitdistance）（窗口window7）。

这些参数决定了最大测量速度。

采用100扫描/秒、20扫描/米，则最大测量速度为5米/秒。

根据采样点数/扫描（samples/scan）、系统发射率（systemstransmitrate）（窗口window10），SIR-20自动计算扫描率参数扫描/秒的最大值，扫描率的估计值受时间参数影响，发射率超过200KHz更是明显。

6．DielConstant是dielectricconstant的缩写，介电常数。

包括空气、水在内，各种材料的介电常数的范围1-81。

利用介电常数，地质雷达系统SIR-20测量资料垂直刻度可以显示为线性深度，也可以显示时间信息。

直接在这里输入地下介质已知的介电常数，否则输入1。

该参数不影响实际探测效果。

7．Scans/ft（m）扫描/英尺、扫描/米。

单位距离内的扫描数。

采用测量轮控制方式测量，在水平方向上布置测点，单位距离内的测点数。

根据实际情况设置，测点数应尽量多。

单位距离内的扫描测点多，测量文件占的硬盘空间大，测量速度慢。

采用测量轮控制方式测量时，水平滤波、叠加滤波（staticstackingfilters）器的参数会影响单位距离内的扫描测点数量。

例如，scans/m为20，扫描叠加滤波器采用4次叠加，则实际输出文件为5scans/m（20/4），而不是20扫描/英尺。

采用freerun自由测量方式采集数据，该参数只起注释作用。

8．Ft（m）/Mark英尺/标记、米/标记。

采用测量轮方式时SIR-20根据该参数按照相同的水平间隔在测量剖面上做标记Mark。

在数据窗口上标记为垂直线，便于识别测量剖面的距离。

根据实际情况，规定参数英尺/标记、米/标记。

连续测量时建议设置为5m/mark，10m/mark。

9．AutoGainLevel自动增益级别。

一般设置为0.5，它控制SIR-20自动增益司服器。

初始化天线时，SIR-20根据接收到的信号采用一定的算法计算增益函数大小。

自动增益级别把信号强度调整到可以记录的动态范围（+/-32767，对应16位数据）。

0.5表示调整后采样值的最大值为仪器总动态范围的50%。

如果目标体或者反射层面的振幅足够大，有可能出现削波现象，则设置该参数为0.25，不论记录信号振幅是否突然变化，仪器都可以在动态范围内完整地记录扫描信号。

10．TransmitRate/ChannelSelector发射率/通道选择。

天线不同发射频率不同，附录中给出了各种天线的正确的发射率。

对于GSSI的51xx系列天线发射率为100kHz。

旧型号天线应该设置得更低些。

天线对应的通道可以改变。

例如，如果连接两个天线，一个发射，另外一个接收，则可以在这里输入参数。

11．AntennaCalibrationFile天线标定文件。

仅仅采用高频空气耦合天线测量公路路面时才使用该选项。

详细情况请参考路面测量RoadScan使用手册。

12．SIRveyor表示地质雷达SIR-20主机MF_20后部连接板上的接口。

便于随时检查天线与通道连接正确与否。

2.3:

DataCollectionMethods数据采集方法

有三种数据采集测量方式：

测量轮控制测量SurveyWheel、连续测量FreeRun、点测Point。

●采用测量轮控制测量，需要测量轮距离编码器、DMI、结构扫描小车。

采用这些设备，可以按照预先规定的水平扫描间隔采集数据，无论采集速度快慢，探测剖面的水平距离都是线性均匀的。

这是最容易最准确的测量方式，建议多数用户采用这种方法进行测量。

要利用RADAN软件中的偏移函数Migration或者其它函数处理资料来得到准确的测量结果时，尤其需要采用测量轮测量。

●连续测量的资料没有位置信息，除非现场标记信息、或者使用GPS定位。

SIR-20每秒钟会记录一定数量的扫描信息，与天线移动速度有关。

沿测线布置米尺/测绳，天线经过网格点时，利用标记器手动打标记。

例如每隔5米打一个标记。

利用RADAN软件对连续测量资料中的标记进行水平距离归一化处理，转化为水平近似线性均匀的资料，请参考RADAN使用手册中的距离归一化处理部分。

●点测:

测线上布置一系列测点，天线放在测点上采集一个扫描，再放在下个测点采集一个扫描信息。

点测适合于以下几种测量：

采用低频组合天线测量、测区表面粗糟不平、利用两个天线以共中心点叠加方式测量。

下面依次介绍各种测量方式的参数设置方法。

SurveyWheelControlledCollection测量轮控制测量

1.点击菜单命令"File（文件）|New（新建）"，或点击采集控制栏上的"创建项目"

按钮

，弹出窗口"CreateNewDataCollectionProject（创建数据采集项目）"（图10）。

图10项目文件名对话框

2.在“FileName（文件名）”空白处输入项目文件名。

谨记：

文件名不能超过8个字母；文件名只能使用字母命名；不要使用任何其它符号。

做二维测量时不要点击按钮“Collect3DDataSet（三维资料采集设置）”。

点击“Next>（下一步）”，打开新窗口“ReviewProjectInformation（预览项目信息）”（图11）。

图11项目信息对话框

3.在项目信息对话框内输入项目/工区测量描述信息。

“Title（主题）”对话框内输入测量的任务/探测对象，

“Started”测量开始时间；

“Finished”测量结束时间；

“OutputPath（输出路径）”按钮，表示测量项目的输出路径/文件夹；

“Note（注释）”输入测量项目的相关信息。

工区位置、测线的布置、测量人员等。

灰色按钮“OutputPath”输出路径，表示测量的数据文件将要保存的文件夹，该文件夹利用菜单命令“View（显示/视图）|Customize（自定义）”来设置。

本对话框中的所有描述信息、注释内容都是可以选择的。

这些信息可输入也可以不输入。

点击命令按钮“Next（下一步）”，打开对话框“DataCollectionMode（数据采集方式）”（图12）。

图12数据采集方式对话框（DataCollectionMode）

4.数据采集方式对话框中有三种数据采集方式可供选择：

“FreeRun（连续测量）”、“PointMode（点测）”、“SurveyWheel（测量轮控制测量）”。

现在点“SurveyWheel”按钮。

其它两种测量方式，稍后介绍。

注意，“EnableGPS（使用GPS）”。

不论采用哪种方式都可以利用GPS进行测量，具体操作请参考使用GPS全球定位系统进行地质雷达测量部分。

点击“SURVEYWHEEL”按钮后，在对话框内软件自动显示按钮“CalibrateSW（测量轮标定）”，利用鼠标左键点击该按钮，弹出对话框“SurveyWheelCalibration（测量轮标定）”（图13）。

图13测量轮标定对话框

5.利用测量轮标定对话框（图13）标定测量轮计数信息“ticks”。

测量前，必须对测量轮进行标定。

否则利用测量轮得到的测量剖面长度与实际长度有出入。

使用结构扫描小车，可以直接点击图13中对应的图标，软件就会给出默认参数。

使用光学小车，可以点击蓝色小车图标，软件就会给出默认参数。

使用其它型号的测量轮，则必须手动标定测量轮的计数信息。

标定完成后点击测量轮标定对话框上的“Save保存”按钮，来保存测量轮计数信息。

则软件返回到数据采集方式对话框（图12），在图12中点击按钮“Next（下一步）”，则采集软件弹出新对话框“Configuration（项目参数设置）”（图14）。

测量轮标定有以下5个步骤：

1.Selectcalibrationdistance，选择标定距离。

在对话框“CALIBRATIONDISTANCE（M）（标定距离,米）”对话框内输入10。

测线越长，准确度越高。

对于不同的地形进行手动标定测量轮，在测区表面布置一条长测线，标出测线的起点、终点。

2.PositionAntennaonthestartmark，把天线放在测线的起点。

在天线某个位置（前面、中间、后面）定一个点或者画一条线。

3.ClickCALIBRATEbutton（点击标定按钮CALIBRATE）。

点击标定按钮CALIBRATE，同时移动天线、转动测量轮。

4.MoveAntennatothestopmark，沿着测线方向移动天线至测线终点，这是天线标定的关键。

点击calibrate按钮后“NUMBEROFTICKSPERUNIT”变成了“NUMBEROFTICKS”对话框，在天线、测量轮移动的过程中，NUMBEROFTICKS后面的TICKS数目在增加；测量轮停止移动时，ticks停止增加；天线、测量轮向相反的方向移动时，TICKS数目就会减少。

5.PressENTERbutton，按FINISH完成标定。

根据屏幕提示完成测量轮的标定。

总的ticks数字除以标定距离就是单位距离内的脉冲数，保存在”NUMBEROFTICKSPERUNIT（单位距离内的TICK数目）”对话框中。

●标定完成后,CALIBTRATE按钮必成了START按钮，按START按钮则重新开始标定，则否点击按钮“SAVE（保存）”退出测量轮标定窗口。

●重复标定测量轮几次，取一个平均值。

●测量轮有方向性，分前进和后退两个方向。

图14测量参数设置对话框

6.在测量参数设置对话框（图14）内，可以选择、修改数据采集参数。

对于多数测量工作来说，优化的默认参数足够用了。

测量对象不同，采集参数优化就不同。

点击参数1对应的下拉列表“ConfigType（参数类型）”，选择测量类型。

点击下拉列表“ConfigType（参数类型）”，下面有各种选项，选择一种最接近的测量类型。

例如扫描混凝土板检测钢筋时选择“CONCRETE（混凝土）”；接着在参数2“ConfigName（参数名称）”中选择天线类型；一旦选定了天线类型，后面几个共用参数（commonparameters）就由采集软件自动设定。

其中天线类型参数名称后面带有X标记，表示发射与接收天线与普通测量方向垂直。

ConfigType––测量类型；

ConfigName––天线型号；

Numberofchannels––测量通道；

Samp/scan––采样点数/扫描；

Scans/sec––扫描/秒；

DielConstant––介电常数；

Scans/ftScans/m––扫描/英尺扫描/米；

Ft/markm/mark––英尺/标记米/标记；

AutoGainLevel––自动增益级别；

Transmitrate––发射率；

AntennaCalibrationFile––天线标定文件；

Transmitter––发射通道

Receiver––接收通道

T1/R1––发射通道1/接收通道1；

一般不用选择ConfigType、ConfigName；测量通道NumberofChannels一般选择1；采样点数（Samp/scan）一般为默认值512，利用低频天线探测深部地质构造时可以设置为1024/2048等；扫描率（scans/sec，扫描/秒），地面天线一般不超过100，空气耦合天线约200-400；根据实际情况设置介电常数（DielConstant），一般为5-8，也可以不设置；水平测点密度（Scans/m扫描/米）表示单位距离内的测点数，一般设置为1、2、5、10、20、50、100；标记间隔（m/mark米/标记）表示两个标记之间的距离（米数），一般为1、2、5、10；其它参数选默认值。

利用测量轮测量时，设置参数顺序：

ConfigType––测量类型；

ConfigName––天线型号；

Numberofchannels––测量通道；

Transmitrate––发射率；

Scans/sec––