【正文】 圖譜 14： 地下構(gòu)造探測圖像 說明 ： 500M天線探測得到的灰度圖，將地下不同特征的埋藏物和地質(zhì)構(gòu)造顯露無遺。 圖譜 13： 北疆鐵路 SKS段路基檢測剖面 說明 ：冬凍夏溶的交替變化導致鐵路路基發(fā)生不均勻沉降，嚴重影響行車安全。 圖譜 9： 廊道下鋼筋及過人通道檢測 說明 ：電磁波在地下的傳播過程中遇到不同介質(zhì)層，其強度和相位將有明顯變化，典型顯示為雙曲線（ 2020年測于長江三峽）。 圖譜 6：地下管線的檢測圖象 圖譜 7： 三峽庫區(qū)的金屬管線檢測圖像 說明 ： 電磁波在地下的傳播過程中遇到管線等異常，其強度和相位將有明顯變化，典型顯示為雙曲線（ 2020年測于長江三峽）。 圖譜 2：地下土洞穴的檢測圖象 圖譜 3： 土洞群的波形堆積圖象 圖譜 4： 地下空洞探地雷達檢測圖象 說明 ： 電磁波在地下的傳播過程中遇到巖溶等異常，其強度和相位將有明顯變化，典型顯示為雙曲線（ LTD3雷達測于山東臨沂）。探地雷達不僅可以發(fā)現(xiàn)金屬地雷，對非金屬類目標探測也可大展身手。成分復雜，電性差異大 二者雷達圖像特征相似，區(qū)別在于范圍的大小 反射波振幅大，波形粗黑，同相軸不連續(xù)，波形雜亂，邊界明顯， 120 4 常見地下目的物的雷達圖像特征 1) 地下管線 反射同相軸呈向上凸起的弧形，頂部反射振幅最強，弧形 兩端反射振幅最弱，不同的材質(zhì)的管線的反射波特征不同： 金屬管：介電常數(shù)大，導電率極強，衰減極大，金屬管頂反 射出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)，無管底的反射信息 非金屬管，管頂無極性反轉(zhuǎn)，有可能出現(xiàn)管底信息 管內(nèi)是否充水，其波形特征亦不同，若充水，則亦出現(xiàn)波形 的極性反轉(zhuǎn) 管線的半徑越大，反射弧的曲率半徑就越大 121 陶瓷 PVC 金屬 電纜 污水管 122 2) 防空洞、地下室及污水箱涵 極強的反射振幅 反射波的極性反轉(zhuǎn) 123 3) 樁體 樁體與周圍地層在垂直界面的電性差異明顯，樁體兩側(cè)反射 波同相軸存在明顯錯斷。 116 3 常見特殊地質(zhì)體的雷達圖像特征 1) 潛水面 水平的強振幅反射波 潛水面上下介質(zhì)因為含水量的差別，介電常數(shù)產(chǎn)生較大的 差異，反射系數(shù)較大。 108 5. 野外信號采集方式 剖面法（反射觀測方式） 土木工程學院 工程物探 109 透射法 柱 墻 樓板 發(fā)射天線 接收天線 110 寬角法（共深點法， CDP） 用于求取表層土的電磁波傳播速度 地面 地面 空氣波 地表直達波 111 四、 探地雷達圖像的數(shù)字處理技術(shù) ?常規(guī)的數(shù)字處理方法： 預處理：點平均、道平均等 數(shù)字濾波，低通、高通及帶通、中值波波等 增益調(diào)節(jié)： AGC、 SEG、 Const 偏移處理：以射線理論為基礎(chǔ)的偏移歸位方法 波動方程偏移 多次疊加技術(shù) ?特殊的數(shù)據(jù)處理方法： 復信號分析：瞬時相位、瞬時振幅、瞬時頻率 其它一些非線性技術(shù)的應(yīng)用，如分形技術(shù) ?發(fā)展方向：成像處理、圖像的三維可視化、智能解釋功能 工程與環(huán)境物探專題 地質(zhì)雷達 112 五、探地雷達圖像的解釋方法 地下介質(zhì)電性分布 幾何分布 已知資料 波形特征分析 工程與環(huán)境物探專題 地質(zhì)雷達 113 114 1 時間剖面的對比原則 拾取反射層，依據(jù)勘察孔進行對比，建立各種地層的反射波組特征；只要地下介質(zhì)存在電性差異，就可在雷達剖面上找到相應(yīng)的反射波。使用分離式天線時，適當選取發(fā)射與接收天線之間的距離，可使來自目的體的回波信號增強，偶極天線在臨界角方向的增益最強，因此天線間距 S的選擇應(yīng)使最深目的體相對接收與發(fā)射天線的張角為臨界角的 2倍，即 為目的體最大深度m a xm a x 2 hhSr??實際測量中，天線距的選擇常常小于該數(shù)值。 SIR系統(tǒng)認為查清目的體應(yīng)至少保證有 20次掃描通過目的體，于是最大移動速度 V max應(yīng)滿足 : V max＜ (掃描速率／ 20) (天線寬度 +目的體尺寸 )。在離散測量時，測點點距選擇取決于天線中心頻率與地下介質(zhì)的介電特性。當天線中心頻率為 f(MHz)。這就是說反射波的最高頻率約為中心頻率的 ，按 Nyquist定律，采樣速率至少要達到天線中心頻率的 3倍。采樣率由尼奎斯特 (Nyquist)采樣定律控制，即采樣率至少應(yīng)達到記錄的反射波中最高頻率的 2倍。 105 (3)采樣率選擇 。時窗選擇主要取決于最大探測深度 h max(單位m)與地層電磁波速度 v(單位 m/ns)。天線中心頻率選擇需兼顧目的體深度與目的體的尺寸，一般來說，在滿足分辨率且場地條件又許可時，應(yīng)該盡量使用中心頻率較低的天線 。測量參數(shù)包括天線中心頻率、時窗、采樣率、測點點距與發(fā)射、接收大線間距。 (3)對基巖面等二維體進行調(diào)查時，測線應(yīng)垂直二維體的走向，線距取決于目的體沿走向方向的變化程度。 (2)目的體體積有限時，先用大網(wǎng)格小比例尺初查，以確定目的體的范圍，然后用小網(wǎng)格、大比例尺測網(wǎng)進行詳查。 103 測量工作進行之前必須首先建立測區(qū)坐標，以便確定測線的平面位置。雷達方法成功與否取決于是否有足夠的反射或散射能量為系統(tǒng)所識別。當測區(qū)內(nèi)存在大范圍金屬構(gòu)件或無線電射頻源時，將對測量形成嚴重干擾 ,此外測區(qū)的地形、地貌、溫度、濕度等條件也將影響到測量能否順利進行。 102 (4)圍巖的不均一性尺度 必須有別于目的體的尺度，否則目的體的響應(yīng)將淹沒在圍巖變化特征之中而無法識別。目的體的尺寸決定了雷達系統(tǒng)可能具有的分辨率．關(guān)系到天線中心頻率的選用。 (2)目的體幾何形態(tài) (尺寸與取向 )必須盡可能了解清楚。如果目的體深度超出雷達系統(tǒng)探測距離的 50％，那么探地雷達方法就要被排除。 30 . 6 7 1 0 cm? ??? 探測距離 與選用的天線頻率、地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)、電導率相關(guān) 99 100 2/hD ?? 分辨率 （分辨最小異常體的能力） 垂向分辨率：區(qū)分一個以上反射界面的能力 四分之一波長： B=λ/4=v/4f 水平分辨率：在水平方向上所能分辨的最小異常體的尺寸 波的干涉原理，與第一菲涅爾帶有關(guān) 101 2. 探地雷達探測的設(shè)計 每接受一個探地雷達測量任務(wù)都需要對目的體特性與所處環(huán)境進行分析，以確定探地雷達測量能否取得預測效果。當頻率是 100MHz時， 。 系統(tǒng)增益： 最小可探測的信號功率 輸入到發(fā)射天線的功率 98 對于銅、鐵等良導電媒介質(zhì) ，其電導率 σ 很大，衰減常數(shù) β 也很大，因此，電磁波在良導電媒質(zhì)中傳播時，場矢量的衰減很快，電磁波只能透入良導體表面的薄層內(nèi)（電磁波只能在導體以外的空間或電介質(zhì)中傳播），這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。 Software Inc., EKKO (Noggin)系列 ? 美國 GSSI， SIR系列 ? 瑞典 Mala Geoscience Inc., RAMAC系列 ? 意大利 IDS, RIS系列 ? 中國電磁波傳播研究所 CRIRP， LTD系列 86 EKKO 100增強型 E K K O 1 0 0 0 型 Noggin 250型 EKKO 系列 87 SIR3000型（最新） 匹配天線 SIR 系列 88 3207型 5103型 5100型 Next 美國 GSSI自行生產(chǎn)的天線 89 Subecho 70型 屏蔽天線 900型 屏蔽 Subecho 200型 Radarteam定制的天線 90 X3M型 RAMAC系列 匹配天線 91 屏蔽天線 100型 非屏蔽天線 100型 非屏蔽天線 200型 92 RIS2K/ME型（多道） RIS系列 RIS2K/0型（單道） 93 LTD系列 25MHz 50MHz 100MHz 200MHz 300MHz 500MHz 500M 900M 1000M 94 LTD車載系統(tǒng) 主機放入車內(nèi) 測距裝置 天線小車 檢測用天線 （ 900M、 500M、300M可用） LTD2020車載公路檢測儀 （車載系統(tǒng)探測速度可達到 60km/h， 各項指標已達到或超過國外同類產(chǎn)品，可用于公路面基層厚度和基層下存在缺陷檢測） 95 北京愛迪爾公司的 CBS9000型 地質(zhì)雷達及天線 96 三、野外數(shù)據(jù)采集 1. 主要技術(shù)參數(shù) 雷達方程 工程與環(huán)境物探專題 地質(zhì)雷達 97 ???????? ??????? ?4234264l o g10 rfegGGQ rRXTXEXTX????? ????????SM ins PPQ lo g10探測距離與探距方程 雷達系統(tǒng)從發(fā)射到接收過程中的功率損耗 Q可由 雷達探距方程 來描述。 我國從 80年代中期開始進行探地雷達技術(shù)的研究和試驗，最初用于軍事地雷的探測。早在 1904年德國人就采用了電磁波探測地下的金屬物體，到 1956年， 又提出了應(yīng)用無載頻脈沖雷達探測地下目標。反射波能量大小取決于反射系數(shù) R，反射系數(shù)的數(shù)學表達式： 2121rrrrR???????83 地下介質(zhì) 相對介電常數(shù) ε r 導電率 σ(mS/m) 雷達波速 ν（ m/ns） 衰減系數(shù) β（ dB/m) 空氣 1 0 0 淡水 80 海水 80 30000 1000 干砂 35 飽和砂 2030 石灰?guī)r 48 泥巖 515 1100 1100 粉砂 530 1100 1100 粘土 540 21000 1300 花崗巖 46 巖鹽 56 冰 34 金屬 300 1010 108 PVC材料 常見介質(zhì)的相對介電常數(shù)、導電率、傳播速度與吸收系數(shù) 84 利用雷達對空間目標的探測已發(fā)展成為一項成熟的技術(shù)