电磁场课后作业-探地雷达概论
探地雷达
探地雷达的应用
探地雷达是种高分辨率探测技术，可以 对浅层地质问题进行详细填图，也可以对地 下浅部埋藏的目的体进行无损检测。
20世纪80年代以来，由于电子技术与数 字处理技术的发展，使探地雷达的分辨率与 探测深度大大提高，探地雷达已在工程地质 勘察、灾害地质调查、地基基础施工质量检 测、考古调查、管线探测、公路工程质量检 测等多个领域中得到了广泛应用。
(1)顶管引起地下塌陷原因剖析。 上海曲阜路地下煤气管道的地下顶管 施工过程中，文安路口东头路面发生陷落， 为决定煤气管是继续采用地下顶管施工， 还是采用大开挖施工，必须查明陷落范围 与成因。为此应用探地雷达进行探查。
图42 上海曲阜路探地雷达图像
图42为该段探地雷达图像。在地表32－54m范围，深度1.5-4m处可见到反射 42为该段探地雷达图像 在地表32 54m范围，深度1 为该段探地雷达图像。 32－ 波特征明显不同于周围介质的区域。该处反射波强度明显加大， 波特征明显不同于周围介质的区域。该处反射波强度明显加大，反射波同相 轴明显不连续，呈现杂散充填物的反射波特征。该处紧挨吴淞江， 轴明显不连续，呈现杂散充填物的反射波特征。该处紧挨吴淞江，地表有流 入吴淞江的支流，因此在筑路时填充有杂填土。由图还可见到， 入吴淞江的支流，因此在筑路时填充有杂填土。由图还可见到，在更大范围 地表2 54m)内有反射波强度变弱、周期变短的区域， m)内有反射波强度变弱 (地表2－54m)内有反射波强度变弱、周期变短的区域，具有均质淤泥反射波 特征，故该处应为杂填土的沉积物范围。淤泥液化势高， 特征，故该处应为杂填土的沉积物范围。淤泥液化势高，在地下顶管过程中 受到扰动，饱和孔隙水释放，淤泥塌陷，造成路基承载力下降，路面陷落。 受到扰动，饱和孔隙水释放，淤泥塌陷，造成路基承载力下降，路面陷落。 淤泥变形区的周界处可见到反射波同相轴的明显错断。 淤泥变形区的周界处可见到反射波同相轴的明显错断。
地质雷达原理及应用
振幅
时间窗 Δt
[t]
[t]
原始信号 采集后复制的信号
时间窗 = 样点数 * Δt
1
Δt
采样周期
采样频率 =
Δt
为什么雷达不是实时采样?
周期
1
重复采样原理（取样示波） 2
3
发射机发射的信号 4
5
6
脉冲重复频率！
7
8
1
2
3
接收机接收的信号 4
5
6
每一个采样周期，发射机都发射一个完整的
7
脉冲信号，接收机记录其中一个点的信号
1、垂直分辨率 我们将探地雷达剖面中能够区分一个以上反射界面的能力称为垂直
分辨率。
水平分辨率随深度的增加而降低
例: 800MHz 天线,介质速度 100m/us -> λc = 12.5cm δr = 3cm 在深度 10cm时 δl = 8cm 在深度 50cm 时δl = 18cm 在深度 100cm时 δl = 25cm
电磁波的传播路径
发射机
土壤 (εr,σ)
X 空气波
接收机
地下直达波 D
反射波
目标物
实际雷达图像的直达波
直达波 反射目标体 杂波
单道波形
叠加次数：叠加是通过平均来提高信噪比，噪声水平是叠加次数 平方根的倒数。 两种叠加方式：样点叠加（在点测时使用），优点是采集 时天线不动，效果好；道叠加（时间和距离采集时使用） 优点是方便。
t2
4H 2 v2
x2 v2
图1 地质雷达探测原理示意图
t
4z2 x2 v
图中T为发射天线, R为接收天线, 两者间距为X, H 为反射点的埋深。波从T出发, 按几何光学原理经。
第3篇探地雷达要点
R12 (cos i n 2 sin 2 i ) /(cos i n 2 sin 2 i )
T12 2 cos i /(cos i n 2 sin 2 i )
（2.4-31）
其中n 表示折射率， n
2
* 2
/
1
* 1
。
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下面讨论不同入射角时，反射系数R12 与折射系数T12 的变化规律。
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1．电磁波在介质中的传播速度
探地雷达测量的是地下界面的反射波的走时，为了 获取地下界面的深度，必须要有介质的电磁波传播速度 v ，其值为
v [ ( 1 ( ) 2 1)]1/ 2
2
（2.4-27）
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绝大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满
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4.5.1 脉冲时间域探地雷达的基本原理
脉冲时间域探地雷达利用超高频短脉冲电 磁波在地下介质中的传播规律来探测地下介质 的分布。因为①任何脉冲波都可以分解成不同 频率的单谐波；②对称振子型、发射和接受天 线间距离很小。因此电偶极源产生的单谐电磁 波场及传播特征是探地雷达的理论基础。
足
1，于是可得
v c
r
（2.4-28）
式中c 为真空中电磁波传播速度， c 0.3m/ns; r 为相 对介电常数。上式表明对大多数非导电、非磁性介 质来说，其电磁波传播速度 主要取决于介质的介 电常数。
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2．电磁波在介质中的吸收特性
吸收系数 决定了场强在传播过程中的衰减速率， 探地雷达工作频率高，在地下介质中以位移电流为 主，即 / 1 ，这时 的近似值为
探地雷达范文范文
探地雷达范文范文地质雷达是一种非常重要的地下勘探技术，它通过发送和接收电磁波来获取地下地质信息。
它在土木工程、矿产勘查、环境保护等领域具有广泛的应用。
本文将介绍地质雷达的原理、应用和未来发展方向。
地质雷达的原理是利用电磁波与地下介质相互作用的特性，通过接收反射回来的电磁波信号来获取地下的信息。
它主要通过脉冲雷达和连续波雷达两种信号发送方式来工作。
脉冲雷达主要用于探测地下目标的位置和深度，而连续波雷达则更适用于检测地下介质的性质。
地质雷达在土木工程中有着广泛的应用。
在建筑工程中，地质雷达可以用来检测地下管线和隧道等隐蔽结构，以避免施工期间对其造成破坏。
在水利工程中，地质雷达可以用来探测地下河道和水源，以确定最佳的工程建设方案。
在桥梁工程中，地质雷达可以用来检测桥梁基础的稳定性和地下洞穴等隐患。
地质雷达还在矿产勘查中发挥着重要作用。
传统的矿产勘查方法往往需要进行大规模的地面钻探和采样，而地质雷达可以通过高频率的电磁波来快速获取矿体的位置和形状信息。
这样不仅能够节省大量的勘探成本，还可以提高勘探效率，减少对环境的影响。
地质雷达还可以应用于环境保护领域。
在地下水污染监测中，地质雷达可以用来检测地下水体的流动方向和污染程度，以确定最佳的地下水治理方案。
在地震灾害预警中，地质雷达可以用来探测地下断层和岩层的情况，以预测地震的可能性和强度。
尽管地质雷达在各个领域的应用已经取得了显著的成果，但仍然存在一些挑战和问题。
首先，地质雷达在复杂地质环境中的分辨能力有限。
对于地下介质复杂、多层次的地区，地质雷达的分辨能力较差，往往难以准确勘探。
其次，地质雷达在深部勘探上存在困难。
由于电磁波的衰减和散射问题，地质雷达在深部地质勘探中的效果不佳。
此外，地质雷达的勘探距离和揭示深度也受到一定的限制。
为了克服这些问题，地质雷达的未来发展方向主要包括以下几个方面。
首先，改进和优化地质雷达的硬件和软件技术，提高其分辨能力和深部勘探能力。
探地雷达理论课件
利用探地雷达可以获取地质构造信息，如断裂带、节理等，有助 于评估地质稳定性和工程安全性。
矿产资源探测
探地雷达能够探测地下一定深度的矿产资源分布情况，为地质找 矿提供重要手段。
地热资源评价
通过探地雷达的探测，可以了解地下热储层的分布和厚度，为地 热资源的开发利用提供科学依据。
探地雷达在道路检测中的应用
• 探地雷达概述 • 探地雷达技术基础 • 探地雷达设备与操作 • 探地雷达数据处理与分析 • 探地雷达应用实例 • 探地雷达的发展趋势与挑战 • 参考文献
探地雷达的定 义 01 02
探地雷达的工作原理
探地雷达通过发射天线向地下 发射电磁波，电磁波在地下传 播过程中遇到不同介质时会产 生反射和折射。
当电磁波遇到地下目标物或地 质界面时，会反射回地面，被 接收天线接收。
接收到的信号经过处理和分析， 可以推断出地下目标物的位置、 形状和深度等信息。
探地雷达的优缺点
优点
缺点
电磁波传播基础
电磁波的波动特性
电磁波的传播速度 电磁波的极化
电磁波反射与折射
01
02
电磁波的反射
电磁波的折射
03 反射与折射定律
地下目标物的特征提取
地下目标物的特征提取是探地雷达的关键问题之一。解决 方法包括采用高分辨率成像技术、模式识别等技术。
大规模数据处理
探地雷达采集的数据量较大，需要高效的数据处理方法和 工具。解决方法包括采用云计算、大数据处理等技术。
参考文献
张荣
王书涛 林慧
路面结构检测 路面破损检测 地下管线探测
探地雷达技术的发展趋势
高频化
。
宽频带
高精度定位 自动化与智能化
探地雷达培训课件-(带目录)
探地雷达培训课件一、引言探地雷达（GroundPenetratingRadar，简称GPR）是一种非破坏性探测技术，利用高频电磁波在地下的传播特性，对地下介质进行探测和成像。
它广泛应用于工程地质、考古、环境监测、资源勘探等领域。
本课件旨在介绍探地雷达的基本原理、系统组成、数据采集与处理方法，以及其在实际应用中的案例分析。
二、探地雷达的基本原理探地雷达利用电磁波在不同介质中传播速度的差异，以及地下目标体与周围介质电性参数的差异，实现对地下结构的探测。
电磁波在传播过程中，遇到不同电性参数的界面时，会发生反射和折射，通过接收这些反射波和折射波，可以获取地下目标体的信息。
三、探地雷达系统组成探地雷达系统主要由天线、发射接收单元、数据采集与处理单元等组成。
天线是探地雷达的关键部件，用于发射和接收电磁波。
发射接收单元负责产生高频电磁波，并将接收到的信号转换为数字信号。
数据采集与处理单元负责对采集到的数据进行实时处理，提取地下目标体的信息。
四、探地雷达数据采集与处理方法1.数据采集：在进行探地雷达数据采集时，需选择合适的探测参数，如天线频率、步长、扫描速度等。
同时，为提高探测效果，还需进行天线校准、背景噪声测试等操作。
2.数据处理：探地雷达数据处理主要包括预处理、滤波、反演等步骤。
预处理包括去除背景噪声、校正天线增益等；滤波用于压制干扰波，提高信号的信噪比；反演则是将雷达数据转换为地下目标体的图像。
五、探地雷达在实际应用中的案例分析1.工程地质领域：探地雷达可用于探测地下管线、空洞、岩溶等地质目标，为工程建设提供依据。
2.考古领域：探地雷达可用于探测地下遗址、墓葬、建筑遗迹等，为考古发掘提供线索。
3.环境监测领域：探地雷达可用于监测地下水位、污染范围等，为环境保护提供数据支持。
4.资源勘探领域：探地雷达可用于探测矿产资源、地下水等，为资源开发提供依据。
六、总结探地雷达作为一种高效、无损的地下探测技术，具有广泛的应用前景。
探地雷达方法原理简介
1930～1950：极地探险发现冰的电磁波‘透明性’；
美国人Amory Waite 开发无线电回波测深技术用于南极
冰川厚度测量。
1950～1960：极地冰川探测、冰川冻土研究； 煤及岩盐矿等介质的探测。 1970年代初期：Apollo登月计划,美、加两国联合运
用安装在月球轨道飞行器上的脉冲雷达探测对月表结果 进行探测研究。
Illustration of discrete and continuous measurement with equal spatial sampling interval. The two modes give equivalent results when ground response varies slowly with respect to the sampling interval.
二、发展历史及现状
电磁学发展过程简介：
1785年,库仑研究电荷之间的相互作用； 1786年,伽伐尼发现了电流； 1820年,奥斯特发现了电流的磁效应； 1831年, 法拉第发现电磁感应现象； 1864年, 麦克斯韦总结出了麦克斯韦方程组,提出
了光的电磁理论,并预言了电磁波的存在。 1888年, 赫兹证实了电磁波的存在。
反 射 剖 面 法 探 测 工 作 方 式
反射剖面法
探地雷达数据采集方式
1.反射剖面法
横穿两隧道顶部的探地雷达剖面
探测古河道的探地雷达剖面
2.共中心点 CMP 或宽角反射折射法 WARR
采用共中心点 CMP 法进行速度测量的过程
A CMP Radar record
3.透射法
连续测量与离散测量 连续采样概念
探地雷达方法的基本特点
探地雷达方法原理简介
探地雷达法特点-概述说明以及解释
探地雷达法特点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以介绍探地雷达的基本概念和其在地下勘探和探测领域中的重要性。
概述部分内容：探地雷达是一种利用电磁波穿透地下物质进行探测和勘测的仪器。
它通过发射电磁波到地下，并接收反射回来的信号来得到地下结构的信息。
探地雷达的原理是利用电磁波在不同介质中的传播速度差异和反射特性来确定地下物质的性质和分布。
探地雷达在地下勘探和探测领域中具有重要的应用价值。
它可以广泛应用于矿产勘探、地质灾害预测、土壤污染调查、考古发掘等领域。
通过探地雷达，我们可以非破坏性地获取地下的信息，避免了传统勘探方法中需要进行大量开挖和钻探的情况，减少了勘探成本和对环境的影响。
探地雷达具有高分辨率、远距离探测能力、快速获取数据等特点。
它可以对地下物质进行高精度的成像和探测，能够获得准确的地下结构和物质分布信息。
同时，探地雷达还可以进行实时数据采集和处理，提高了勘探工作的效率。
随着科技的不断进步，探地雷达的技术和应用领域也在不断发展和拓展。
未来，我们可以期待探地雷达在地下勘测和探测领域中发挥更大的作用。
通过不断优化和创新，探地雷达的性能和功能将会不断提升，为我们的勘探工作带来更大的便利和效益。
1.2 文章结构文章结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了本文的内容以及目的，使读者对文章有一个整体的了解。
同时，引言部分还介绍了探地雷达的背景和重要性，引发读者对于探地雷达的兴趣。
正文部分是文章的核心，主要包括探地雷达的定义、原理和应用领域的详细介绍。
首先，我们将对探地雷达的定义进行阐述，解释其基本概念和特点。
然后，我们将介绍探地雷达的原理，包括电磁波的传播和反射机制等。
最后，我们将深入探讨探地雷达在不同领域的应用，比如地质勘探、军事防范和文物保护等，通过实际案例来说明其重要性和实际价值。
结论部分是对整个文章内容进行总结，并对探地雷达的特点进行概括。
在这一部分，我们将回顾探地雷达的定义和原理，并总结其在应用领域的优势和局限性。
地质雷达原理
地质雷达原理
地质雷达（geologicalradar）是通过发射高频电磁波，使目标体内部产生电磁场，利用接收天线接收，根据电磁波在目标体内的传播速度和衰减程度，可探测出地下目标体的空间位置、形状、大小等属性特征，从而达到探测地下目标体的目的。
地质雷达是通过发射高频电磁波（频率通常为
1MHz~10MHz），使被探测体内部产生电磁场，当电磁波在被探测体中传播时，会遇到不同频率的反射波。
这些反射波与探测目标的反射波相遇后会产生反射，如果反射波和透射波的速度、衰减等特性相同或相近时，反射波的相位相同或相近，那么反射波和透射波同相，并在传播过程中相互抵消。
由于地球介质的不均匀性、电介质与水、空气的介电常数差异及含水介质对电磁波的吸收等原因，使得不同介质中所产生的反射波的相位、振幅等特性不同。
这些特征反映了地下目标体的存在和空间位置。
因此在雷达图上形成了一个个反射波相位对应关系图。
—— 1 —1 —。
探地雷达技术与应用PPT课件
在复杂地质、电磁环境下，探地雷达信号受到严 重干扰，影响探测效果。
3
数据处理与解释难题
大量探地雷达数据需要高效、准确的处理和解释 方法，以提取有用信息。
发展趋势与前沿动态
01
多频、宽频带探地雷达技术
通过采用多频、宽频带技术，提高探地雷达的探测能力和分辨率。
02
三维成像与可视化技术
探地雷达技术与 应用PPT课件
目 录
• 探地雷达技术概述 • 探地雷达技术应用领域 • 探地雷达数据处理与解释 • 探地雷达技术挑战与发展趋势 • 探地雷达技术应用案例
01
CATALOGUE
探地雷达技术概述
探地雷达基本原理
电磁波的发射与接收
探地雷达通过发射天线向地下发射高 频电磁波，当电磁波遇到不同电性介 质界面时，部分能量被反射回地面， 被接收天线接收。
边境安全监测
运用探地雷达对边境地区进行监测，发现非法越境、地道 等安全隐患，维护国家边境安全。
THANKS
感谢观看
历史建筑检测
运用探地雷达对历史建 筑的地基、墙体等结构 进行检测，评估建筑的 稳定性及安全性，为建 筑修缮提供依据。
军事与安全领域案例
战场环境感知
利用探地雷达对战场环境进行实时感知，获取地形地貌、 地下设施等信息，为作战指挥提供情报支持。
未爆弹药探测
通过探地雷达对战场遗留的未爆弹药进行探测和定位，降 低战争遗留问题对人员和环境的威胁。
20世纪中期，电磁波传播理论和信 号处理理论的不断完善为探地雷达 技术的发展提供了理论支持。
技术成熟阶段
20世纪后期至今，随着计算机技术 和电子技术的飞速发展，探地雷达 技术逐渐成熟并广泛应用于各个领 域。
探地雷达概论
一.探地雷达概论王惠廉1. 概述雷达探测技术用于地下，是一项提出较早的课题。
然而只是在高频微电子技术以及计算机数据处理方法迅速开发的近代，这项技术才获得本质性的进展。
今天，探地雷达不仅在探测装备上高度集中了现代技术领域的成就而得到了极大的改善，它的应用领域也正在迅速开拓。
美国、加拿大、日本以及西欧等国正大力开发这一技术，服务业务也日益增多。
有关该项技术方面的应用成果和文章，已频繁地出现在一些期刊、专门会议文集以及各种地球物理国际学术会议的报告中。
1992年在芬兰召开的第四届探地雷达国际会议上，提交优秀论文45篇，并已汇集成册。
目前我国也有不少部门，包括地矿、水电、煤炭、铁道等单位正在开展这一技术的试验和应用。
与探空或通讯雷达技术相类似，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，只是它是从地面向地下发射电磁波来实现探测的，故亦称之为地质雷达。
将雷达原理用于探地，早在1910年就已提出，当时德国的G.Leimback和Lowy曾以专利形式阐明这一问题。
以后J.C.Cook在1960年用脉冲雷达，在矿井中做了试验。
但是,由于地下介质比空气具有强得多的电磁波衰减特性，加之地下介质情况的多样性，波在地中的传播特性比在空气中要复杂得多。
因此，探地雷达的初期应用仅限于波吸收很弱的冰层、岩盐矿等介质中。
如s.Evans1963年用雷达测量极地冰层的厚度；Harrison 1970年在南极冰面上取得了穿透800～2200m的资料；1974年L.T.Procello用雷达研究月球表面结构；Unbterberger探测冰川和冰山的厚度等。
随着仪器信噪比的大大提高和数据处理技术的应用，70年代以后，探地雷达的实际应用范围迅速扩大，其中有：石灰岩地区采石场的探测(1971年Takazi；1973年Kitahra)、二程地质探测(1974年R.M.Morey；1976年，1977年A.P.Annan和J.L.Davis，1978年01hoeft，Dolphin等，1979年Benson等)、煤矿井探测(1975年J，C.Cook)、泥炭调查(1982年C.P.F.Ulriksen)、放射性废弃物处理调查(1982年D.L.wright，R.D.Watts；1985年0.Olsson)以及地面和钻孔雷达用于地质构造填图、水文地质调查、地基和道路下空洞及裂缝调查、埋设物探测和水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查等(1982～1987年加拿大、日本、美国、瑞典等报道)。
探地雷达原理与应用
探地雷达原理与应用
探地雷达是一种利用电磁波进行探测的地质勘探仪器，它被广泛应用于地质勘探、建筑工程、考古学等领域。
它能够非破坏性地探测地下结构和物质，为工程建设和科学研究提供了重要的信息。
本文将介绍探地雷达的原理和应用。
探地雷达的原理是基于电磁波在地下介质中的传播特性。
当探地雷达发射电磁波时，这些波会在地下介质中发生反射、折射和透射，不同介质对电磁波的反应不同，从而形成地下结构的影像。
探地雷达通过接收这些反射波来重建地下结构的图像，从而实现地下勘探。
探地雷达的应用非常广泛。
在地质勘探中，它可以用于寻找地下水、矿藏、地下管线等；在建筑工程中，可以用于检测地下隧道、桥梁、地基等；在考古学中，可以用于发现古代遗迹、古墓葬等。
此外，探地雷达还可以用于环境监测、农业生产等领域。
探地雷达的应用过程中需要注意一些问题。
首先，地下介质的特性对探地雷达的探测效果有很大影响，因此需要对地质条件进行充分了解；其次，探地雷达的探测深度和分辨率是一个矛盾体，需要根据具体情况进行选择；最后，数据处理和解释也是探地雷达应用中的关键环节，需要借助专业软件和地质知识来进行分析。
总的来说，探地雷达作为一种先进的地质勘探技术，具有很高的应用价值。
它在地质勘探、建筑工程、考古学等领域都有着重要的作用，为人们的生产生活提供了重要的支持。
随着科技的不断发展，相信探地雷达的应用领域会更加广泛，探测技术也会更加精密，为人类的发展进步做出更大的贡献。
地质雷达
克希霍夫公式实际上是惠更斯-菲涅尔 原理的解析表达式，该公式在探地雷 达资料处理中由重要的现实意义。
图3-8：克希霍夫积分示意图
§3.1.3 电磁波在两种不同介质界面上的特点
1、平面波的反射和折射 2、电偶极子入射的反射波
①
/
1时，
2
/ 。吸收系数与频率无
关，而与 成正比，与 成反比。在空气中， 0 ， 0。
② / 1时， / 2 。 与 、 f 有关，
但与 无关。可见在高导电介质中或使用高频时， 值 将增大。
3、脉冲电磁波的频谱特征
上述讨论仅限于研究单色（单频）电磁波的时空关系，也 就是说在时间域研究波的传播特点。但目前探地雷达所发 射的都是脉冲信号，这种脉冲电磁波包含了各种频率成分。 为了研究不同频率电磁波的传播，就需要在频率域内研究 波的振幅与相位随频率的变化关系。时间域与频率域之间 的转换工具是众所周知的傅立叶变换。
项，它表示电磁波在空间 各点的场值随着离场源的 距离增大而减小。因此 称 为吸收系数，单位为 Np/m （1Np/m=8.686dB/m）。
随电导率的增大和 的减
小而增大。 小时， 与 f 关系不明显； 大时， 与
关系不明显。
图 3-5：不同电阻率、不同介电常数下 与 f 的关系
两个极限情况
§3.1.2 电磁波的传播特点
1、波的时间场与射线方向 2、高频条件下的岩电特性 3、脉冲电磁波的频谱特征 4、惠更斯-菲涅尔原理 5、绕射积分理论
1、波的时间场与射线方向
时间场就是波的初至时间的空间分 布，数学描述为：
t t(x, y, z, )
初至时间相等的点构成一个等时面， 等时面方程为：
探地雷达的基本原理与典型工程应用答案
探地雷达的基本原理与典型工程应用（每日一练）判断题（共20 题)1、探地雷达记录的时间是电磁波从发射到接收的单程时间。
(B)•A、正确B、错误答题结果：正确答案：B2、调节增益是为了识别不同深度的目标体，突出深部目标体的识别性。
(A)•A、正确B、错误答题结果：正确答案：A3、用探地雷达进行探测，干燥的介质能探测50cm，介质受潮变湿后探测的深度会变深。
(B)B、错误答题结果：正确答案：B4、探测隧道衬砌厚度时，应采用2GHz的天线。
(B)•A、正确B、错误答题结果：正确答案：B5、探地雷达所使用的低频天线一般都是屏蔽天线。
(B)•A、正确B、错误答题结果：正确答案：B6、频率越低的天线分辨率越高，频率越高的天线分辨率越低。
(B)B、错误答题结果：正确答案：B7、雷达的探测深度与天线的频率、发射功率、所测介质的电导特性以及仪器设备本身等都有关系。
(A)•A、正确B、错误答题结果：正确答案：A8、对于时窗大小的选择，不同的探测目的，选用的时窗大小也不完全相同。
(A) •A、正确B、错误答题结果：正确答案：A9、扫描速率的大小表征的是探地雷达每道数据的详细程度。
(B)B、错误答题结果：正确答案：B10、扫描样点数越大越好，不会对采集速度产生影响。
(B) •A、正确B、错误答题结果：正确答案：B11、只有一个天线时也可以采用宽角法进行雷达速度的计算。
(B) •A、正确B、错误答题结果：正确答案：B12、二维雷达采用的是脉冲雷达天线。
(A)B、错误答题结果：正确答案：A13、用探地雷达进行路面厚度检测时，可以采用估算的介电常数来计算路面厚度。
(A) •A、正确B、错误答题结果：正确答案：B14、使用透射波法计算雷达波速时，必须采用两个天线。
(A)•A、正确B、错误答题结果：正确答案：A15、高通意为高于这个频率的信号顺利通过，低通意为低于这个频率的信号顺利通过。
(A)B、错误答题结果：正确答案：A16、背景剔除功能在采集数据时就可以使用。
探地雷达原理
垂直极化波（电场矢量垂直入射面）在界面的 反射与折射： 电磁波在跨越介质交界面时， 紧靠界面两侧的电场 强度和磁场强度的切向分量分别相等，则得
Ei E r Et H i cos i H r cos r H t cos t
（2.4-30）
令 R12
E r / E i , T12 E t / E i
（2）多次覆盖
应用不同天线距的发射——接收天线在同 一测线上进行重复测量．然后把测量记录中相 同位置的记录进行叠加，这种记录能增强对深 部地下介质的分辨能力。
2．宽角法或共中心点法
t
2
x2 v
2
4h 2 v2
（2.4-36）
利用宽角法或共中心点法测量所得到的地下 界面反射波双程走时 ，由公式（2.4-36）就可求得 到地层的电磁波速度。
特点：在主剖面中，电场和发射天线（偶极子轴） 方向平行， 而磁场与圆心位于原点的同心圆的切线 方向一致。
1．电磁波在介质中的传播速度 探地雷达测量的是地下界面的反射波的走时，为了 获取地下界面的深度，必须要有介质的电磁波传播速度
v
，其值为
[ ( 1 ( ) 2 1)] 1 / 2 2
4.5.1.1 电偶极源的电磁场
1、 均匀介质中的电磁场
水平电偶极子源在主剖面中的辐射场为
2 p e ikr Ey 4 r ikr k p e z Hx 4 r r k p e ikr x Hy 4 r r
（2.4-25）
（2.4-31）
其中 表示折射率，
n
* * n 2 2 / 1 1
。
T12 下面讨论不同入射角时， 反射系数R12 与折射系数
地质雷达探测原理
探测原理
地质雷达是以超高频电磁波作为探测场源，由一个发射天线向地下发射一定中心频率的无载波电磁脉冲波，另一天线接收由地下不同介质界面产生的反射回波，电磁波在介质中传播时，其传播时间、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质（如介电常数γE ）及测试目标体的几何形态的差异而产生变化，根据接收的回波旅行时间、幅度和波形等信息，可探测地下目的体的结构和位置信息。
其工作原理示意图如下： 接收天线所接收的反射回波旅行时间为：
t =V x
h 224+
式中：t 反射回波走时（ns ）
h 反射体深度（m ）
X 发射天线与接收天线的距离（m ）
V 雷达脉冲波速（m/ns ）
雷达波在物体或介质中的传播速度V 与介质的相对介电常数γE 有如下关系：》
介质1
介质2
无载波脉冲时域接收机
分析计算处理后
反射、散射脉冲
输出显示
接收反射
发射电磁目的体
C
V=
E
式中C为真空中的电磁波传播速度(C=0.3m/ns)
通过雷达图像确定异常，并根据电磁波旅行时间确定异常位置。
介质的弹性限度内介质的剪切应力与应变的比值称剪切模量
介质的弹性限度内介质的应力与应变的比值称之为弹性模量。
探地雷达原理
探地雷达原理
探地雷达是一种非常重要的地质勘察工具，利用其独特的原理和技术，可以帮助人们深入地下，探测出埋藏在地下的各种目标。
探地雷达的原理主要基于电磁波的反射和传播。
当发射器发出一束短脉冲电磁波时，它会遇到地下目标并反射回来。
这些反射波被接收器接收并被转换成电信号，然后通过信号处理系统进行分析和解释。
在探地雷达中，电磁波的频率通常在几百兆赫兹到几千兆赫兹之间，这个频率范围在地下勘察中能够提供良好的穿透能力。
当电磁波与地下目标相交时，它会产生一种称为回波的反射信号。
探地雷达能够测量回波的强度、时间延迟和相位变化等信息，从而确定目标的存在和特征。
探地雷达的性能和检测能力取决于多种因素，包括电磁波的频率、功率、天线的类型和配置、地下目标的性质等。
不同频率和功率的电磁波对不同类型的目标有不同的探测能力。
例如，高频率的电磁波能够更好地探测浅层目标，而低频率的电磁波更适用于探测深层目标。
此外，地下目标的电磁特性也会影响探地雷达的探测效果。
比如，金属等导电材料对电磁波有很好的反射能力，而岩石等非导电材料则较弱。
因此，探地雷达在勘察过程中需要结合目标的电磁特性来判断目标的性质和位置。
总的来说，探地雷达利用电磁波的反射和传播原理，通过测量回波的特征来探测地下目标。
它在地质勘察、建筑工程、考古学等领域发挥着重要的作用，为人们提供了实时、非侵入式的地下信息，帮助他们做出更准确的决策和评估。
探地雷达培训课件
探地雷达培训课件xx年xx月xx日contents •探地雷达简介•探地雷达技术基础•探地雷达的硬件设备•探地雷达的操作与使用•探地雷达的常见问题与维护•探地雷达的发展趋势与展望•探地雷达的案例分析与实践操作目录01探地雷达简介探地雷达通过发射电磁波，电磁波在地下介质中传播，当遇到不同介质分界面时，电磁波会发生反射和折射，通过接收反射波，可以推测地下物体的位置和深度。
探地雷达的探测深度和精度取决于电磁波的频率、发射功率、接收设备的灵敏度、地下介质的电性和地质结构等因素。
探地雷达的基本原理探地雷达技术起源于20世纪初，早期主要用于地质勘探和矿产资源开发。
随着电子技术和计算机技术的不断发展，探地雷达的硬件设备和软件算法得到了不断的改进和提高，探测精度和效率也不断提高。
目前，探地雷达已经被广泛应用于地质灾害防治、考古、环境保护、地下管线探测等领域。
探地雷达的发展历程探地雷达的应用范围在城市规划和建设中，探地雷达可以用于地下管线探测、地下空间规划、考古等方面。
在环境保护领域，探地雷达可以用于土壤污染调查、地下水污染监测等方面。
探地雷达可以应用于地质勘探、矿产资源开发、地质灾害防治等领域。
02探地雷达技术基础1电磁波传播基础23电磁波是由电荷或电流的振动产生的，是电磁场中的一种波动现象。
电磁波的产生电磁波的传播速度等于光速，在真空中传播时不受介质的影响。
电磁波的传播速度电磁波的极化是由于电场和磁场在空间中的振动方向不同而产生的一种现象。
电磁波的极化工作频率探地雷达的工作频率通常在兆赫兹至吉赫兹之间，具体频率取决于探测深度和分辨率要求。
探地雷达的工作频率与分辨率探测深度探地雷达的探测深度取决于工作频率、介质电导率、磁导率以及探测环境等因素。
一般来说，高频探地雷达具有较浅的探测深度，而低频探地雷达则具有较深的探测深度。
分辨率探地雷达的分辨率取决于工作频率、天线类型、接收机性能以及数据处理算法等因素。
一般来说，高频探地雷达具有较高的分辨率，而低频探地雷达则具有较低的分辨率。
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探地雷达（Ground Penetrating Radar ，GPR ）又称透地雷达，地质雷达，是用频率介于10^6-10^9Hz 的无线电波来确定地下介质分布的一种无损探测方法。
探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
在坝体渗漏探测中，渗透水流使渗漏部位或浸润线以下介质的相对介电常数增大，与未发生渗漏部位介质的相对介质常数有较大的差异，在雷达剖面图上产生反射频率较低反射振幅较大的特征影像，以此可推断发生渗漏的空间位置、范围和埋藏深度。
探地雷达可用于检测各种材料，如岩石、泥土、砾石，以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成。
雷达可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置。
它还可检测不同岩层的深度和厚度，并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查。
探地雷达利用高频电磁波(主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T 送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R 所接收(图1)。
脉冲波行程需时：
ν+=/x z 4t 22。
当地下介质中的波速v 为已知时，可根据测到的精确的t 值(ns ，1ns=lO -9s)。
由上式求出反射体的深度(m)。
式中x(m)值在剖面探测中是固定的：v 值(m/ns)可以用宽角方式直接测量，也可以根据ε≈ν/c 近似算出(当介质的导电率很低时)[4]，其中c 为光速(c=0.3m/ns)，ε为地下介质的相对介电常数值，后者可利用现成数据或测定获得。
图1 反射探测原理 表1 常见介质的物理量 Table l Parameters value of common mediums 介质
电导率(Sm) 介电常数(相对值) 速度(m/ns) 衰减系数(dB/m) 空气
0 1 0.3 0 纯水
10-4～3×10-2 81 0.033 0.1 海水
4 81 0.01 103 冰
3.2 0.17 0.01 花岗岩(干)
10-8 5 0.15 0.01～1 花岗岩(湿)
10-3 7 0.1 0.01～1 玄武岩(湿)
10-2 8 0.15(干) 灰岩(干)
10-9 7 0.11 0.4～1 灰岩(湿) 2.5×10-2 8 0.4～1
砂(干) 10-7～10-3 4～6 0.15 0.01 砂(湿) 10-4～10-2 30 0.06 0.03～0.3
粘土(湿) 10-1～1 8～12 0.06 1～300
页岩(湿) 10-1 7 0.09 1～100
砂岩(湿) 4×10-2 6
土壤 1.4×10-4 2.6～15 0.13～0.17 20～30
(53r ～=ε)
～5.0×10-2 ～40 0.095(10r =ε)
0.15(40r =ε)
肥土 15 0.078 混凝土 6.4 0.12 沥青 3～5 0.12～0.18
在雷达探测中，岩石的介电常数起着极为重要的作用，在高频电磁场中由于极化惯性所引起的附加导电性，也是一个值得深入研究的问题。
多种影响因素使得同类岩石的电阻率产在很宽的范围内变化。
同样，矿物的介电常数ε也在相当宽的范围内变化，水(ε为80个相对单位)与某些钛、锰化合物，如金红石(ε达170个相对单位)具有高ε值。
绝大多数矿物的介电常数较低，约为4～12个相对单位。
主要造岩矿物的ε为4～7个相对单位。
某些矿物的相对介电常数示于表1。
由于主要造岩矿物与水的相对介电常数存在较大差异，所以，具有较大孔隙度岩石的介电常数主要取决于它的含水量。
泥岩由于含有大量的弱束缚水，所以其相对介电常数可高达50～60。
岩石含泥质较多时，它们的介电常数与泥质含量有明显的关系。
很多火成岩的孔隙度常只有千分之几，其r ε主要取决于造岩矿物，一般变化范围为6～12。
当饱和岩石的液体是石油时(r ε=2.5)，其介电
水的介电常数与其矿化度的关系较弱，如水溶液含盐的浓度等于57g/1时，同蒸馏水相比其介电常数只增加5％。
与此相应，岩石孔隙中所含水的矿化度同样对其介电常数不应有大的影响，水的矿化度增大导致岩石介电常数有少许增加。