1SIR20操作手册解析.docx

1、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 111 仪器系统 1第二章 二维测量参数设置 12.1: System Parameter Setup 系统参数设置 1Create Folders 创建文件夹 2Set Program Defaults 设置缺省值 2Set working directories 设置工作目录 32.2: Setting Up your System for 2D Data Collection 二维测量 4Projects and Profiles: How the SIR-20 Collects Data 项目 4The F

2、ile Header 文件头 4Collection Parameters 采集参数设置 52.3: Data Collection Methods 数据采集方法 7Survey Wheel Controlled Collection 测量轮控制测量 7Position/Range信号位置/时间窗口 14Gain增益 15Filters and Stacking滤波和叠加 17During Collection 数据采集 18Time-Based (Free run continuous) Data Collection 连续测量数据采集 18Point Mode Data Collectio

3、n 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。11 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3D QuickDraw（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

4、。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5 SIR-20 桌面SIR-20地质雷达系统有五个快捷方式：RADAN,SIR-20,SS Linescan, Structure Scan, and Optical Scan。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

5、采用高频天线检测混凝土结构（详细信息参考第四章）。2.1: System Parameter Setup 系统参数设置本节介绍数据采集的参数设置方法。Create Folders 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“My Computer（我的电脑）”。 双击“Local Disk (C:)（本地硬盘C:）”，在C盘下创建一个文件夹“Beijing（北京

6、，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）”。Set Program Defaults 设置缺省值双击桌面上的SIR-20图标，打开SIR-20采集软件（图6 SIR-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6 SIR-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）, Linear Uni

7、ts（单位）, SIRVEYOR。图7 自定义窗口Set working directories 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:BeijingGPRData”,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:BeijingGPRData。 或直接输入以盘符C:开头的完整文件夹，如“C:BeijingGSSIdata”，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

8、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，“Large Buttons（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“Linear Units（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: Setting Up your System for 2D Data Co

9、llection 二维测量Projects and Profiles: How the SIR-20 Collects Data 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Project Files（ *.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

10、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Macro Files（*.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Data Files（*.dzt），这是实际测量的数据文件。利用RADAN软件可

11、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。The File Header 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：file name（文件名）, antenna frequency（天线频率）, range（时间窗口）, transm

12、itted pulse position（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）, dielectric constant（介电常数）, and approximate depth range（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）| linear units（线性单位）”选项。Collection Parameters 采集参数设置图9 采集参数窗口SI

13、R-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structure concrete scanning（钢筋结构扫描）, utility locating（市政管线测量）, bridge Assessment（桥梁评估）, highway survey（高速公路检测）, geophysical surveys（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、

14、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“ Config Type（测量类型）”和参数2“Config Name（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 Number of Channels 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Number of Channels（通道数目）选择2

15、，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Free Run，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（ survey speed）、水平滤波器的类型和宽度。这些参数决

16、定了测量剖面的扫描密度。 采用survey wheel测量轮方式采集资料，相关的参数有：扫描/秒、发射频率（ transmit frequency）、扫描/单位距离（ scans per unit distance） (窗口window 7)。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（systems transmit rate）(窗口window 10)，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 DielConsta

17、nt 是dielectric constant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（static stacking fil

18、ters）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free run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 Auto Gain Level 自动增益级别。一般设置为0.5，它控制SIR

19、-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 Transmit Rate/Channel Selector 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

20、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 Antenna Calibration File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: Data Collection Methods 数据采集方法有三种数据采集测量方式：测量轮控制测量Survey Wheel、连续测量Free Run、点测Point。 采用测量轮控制测量，需要测

21、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

22、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。Survey Wheel Controlled Collection 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Create New Data Collection Project(创建数据采集项目) (图10)。图10

23、 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“Collect 3D Data Set（三维资料采集设置）”。点击“Next（下一步）”，打开新窗口“Review Project Information（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；“Output Path（输出路径）”按

24、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“Output Path”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“Data Collection Mode（数据采集方式）”（图12）。图12 数据采集方式对话框（Data Collection Mode）4. 数据采集方式对话框中有三种数据采集方式可供选择：“

25、Free Run（连续测量）”、“Point Mode( 点测)”、“Survey Wheel（测量轮控制测量）”。现在点“Survey Wheel”按钮。其它两种测量方式，稍后介绍。注意，“Enable GPS（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“SURVEY WHEEL”按钮后，在对话框内软件自动显示按钮“Calibrate SW（测量轮标定）”，利用鼠标左键点击该按钮，弹出对话框“Survey Wheel Calibration（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

26、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. Select

27、calibration distance，选择标定距离。在对话框“CALIBRATION DISTANCE(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. Position Antenna on the start mark，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. Click CALIBRATE button（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. Move Antenna to the s

28、top mark，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“NUMBER OF TICKS PER UNIT” 变成了“NUMBER OF TICKS”对话框，在天线、测量轮移动的过程中，NUMBER OF TICKS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. Press ENTER button，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”NUMBER OF TICKS PER UNIT（单位距离内

29、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“Config Type（参数类型）”，选择测量类型。点击下拉列表“Config Type(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

30、描混凝土板检测钢筋时选择“CONCRETE（混凝土）”；接着在参数2“Config Name（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（common parameters）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。Config Type 测量类型；Config Name 天线型号；Number of channels 测量通道；Samp/scan 采样点数/扫描；Scans/sec 扫描/秒；DielConstant 介电常数；Scans/ft Scans/m 扫描/英尺 扫描/米；Ft/mark m/mark 英尺

31、/标记 米/标记；Auto Gain Level 自动增益级别；Transmit rate 发射率；Antenna Calibration File 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Config Type、Config Name；测量通道Number of Channels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：Config Type 测量类型；Config Name 天线型号；Number of channels 测量通道；Transmit rate 发射率；Scans/sec