3章 地质雷达仪器结构与特点
工程施工常见仪器(3篇)
第1篇在建筑工程的各个阶段，从规划、设计到施工，再到最后的验收，测量仪器是不可或缺的工具。
这些仪器不仅保证了工程的质量和安全，也提高了施工效率。
以下是一些工程施工中常见的测量仪器及其作用：一、水准仪水准仪是测量地面高程差的主要仪器，广泛应用于地形测量、道路、桥梁、隧道等工程的高程控制。
水准仪分为普通水准仪和精密水准仪，其中DS3型微倾式普通水准仪在工程测量中最为常用。
水准仪通过测量两点间的高差，结合已知点的高程，推算出另一个点的高程。
二、经纬仪经纬仪主要用于测量地面点的平面位置和高程，包括水平角测量和竖直角测量。
经纬仪的精度等级有DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和DJ10等，其中DJ07为最高精度。
经纬仪在施工中的应用非常广泛，如建筑物轴线测设、结构构件安装、基础定位等。
三、全站仪全站仪是一种集水准仪、经纬仪和测距仪功能于一体的综合测量仪器。
它能够同时进行水平角、竖直角和距离的测量，广泛应用于地形测量、工程放样、施工监控等领域。
全站仪具有操作简便、精度高、功能强大等特点。
四、全球定位系统（GPS）GPS是一种利用卫星信号进行定位和测量的技术。
在工程施工中，GPS可以提供高精度的地理位置信息，用于地形测量、施工放样、施工监控等。
GPS具有实时性强、定位精度高、覆盖范围广等特点。
五、激光测距仪激光测距仪是一种利用激光束进行距离测量的仪器。
它具有测量速度快、精度高、操作简便等优点。
激光测距仪在工程施工中的应用主要包括建筑物高度测量、结构构件尺寸测量、地形测量等。
六、激光经纬仪激光经纬仪是在光学经纬仪的基础上，加装激光发射装置而成。
它具有测量精度高、定位速度快、操作简便等特点。
激光经纬仪在高层建筑、烟囱、塔架等高耸构筑物施工中的垂度观测和准直定位、结构构件及机具安装的精密测量和垂直度控制测量等方面具有显著优势。
七、水准尺水准尺是一种用于测量高程差的辅助工具。
在水准测量过程中，水准尺用于读取地面点的高程值。
地质雷达技术讲解(课件)
数据处理 地震波却恰好相反；地质雷达的穿透深度比地震波要浅得
多。所以单一地移植、借鉴地震资料处理技术是不够的。 通常我们得到的雷达数据是原始数据，为了更容易的识别 目标体和得到更清晰的反射信号，还需要对雷达原始数据 进行进一步的后处理。这里以瑞典 MALA 公司的 Ground Vision采集处理软件为例，简要说明数据处理的过程。
隧道检测
Page 11
准备工作
初支或二衬壁上每5m做一标记（红点或红竖杠），每20m 做一里程标记（如DK123+880）；
搭设检测台架，可以以3-10km/h速度移动，台架上要能站 立2人且有护栏，站在台架上的人员要能触摸到拱顶和拱 腰位置；
配备了解现场情况的工程技术人员2人，司机1人，安全防 护人员1人，配合检测工人4人；
Page 8
地质雷达应用领域
市政设施及管线探测
铁路工程探测
公路探测
建筑结构、桥梁、隧道检测
Page 9
地质与环境探测 考古探测
军事安全探测
Page 10
隧道检测
隧道探测要解决的主要问题 隧道衬砌厚度检查 隧道内部结构物检查—钢筋、钢拱架等 隧道衬砌混凝土质量检查 隧道衬砌混凝土密实度检查 隧道衬砌防水板检查 隧道超前预报
Page 16
现场采集 7．安全要求： 测量拱顶和拱腰位置时，工作人员和天线都要用安全带或
绳索与周边物体进行固定，防止工人高空作业时发生危险 和天线滑落摔坏。 8．地面要求： 地面平坦，无杂物、无影响车辆通行的障碍物。
Page 17
衬砌检测报检单
Page 18
衬砌检测报检单
Page 19
2.检测原理及方法； 3.检测里程汇总； 4.问题缺陷汇总表； 5.结论及建议； 6.附表--检测厚度汇总表； 7.附图--厚度检测曲线图、雷达检测图像。
地质雷达仪器组成及设备选型概述
地质雷达仪器组成及设备选型概述地质雷达是一种通过发射和接收无线电波来探测地下介质结构和目标的设备。
它主要由发射器、接收器、天线和数据处理系统组成。
地质雷达主要用于地质勘探、地下管道探测、地下建筑结构检测等领域。
地质雷达具有非侵入式、高分辨率、快速便捷等特点，因此在地下勘探方面有着广泛的应用。
地质雷达的设备选型主要受到以下方面因素的影响：1. 探测深度：不同的地质雷达设备有不同的工作频率和波长，因此探测深度也不同。
一般来说，低频率的地质雷达可以探测更深的地下结构，而高频率的地质雷达可以实现更高的分辨率。
2. 探测目标：地质雷达可以用于探测不同类型的地下目标，比如地下水、地下裂缝、地下管道等。
不同类型的目标需要不同类型的地质雷达设备来进行探测。
3. 工作环境：地质雷达设备的选型也需要考虑到工作环境的因素，比如地形、地质条件等。
在复杂的工作环境中，需要选择适应性强、稳定性好的地质雷达设备。
4. 数据处理系统：地质雷达设备的数据处理系统也是很重要的一部分，它直接影响到探测结果的准确性和可靠性。
因此在选择地质雷达设备的时候也需要考虑其数据处理系统的性能和功能。
总的来说，地质雷达设备的选型需要综合考虑探测深度、探测目标、工作环境以及数据处理系统等因素，选择适合具体应用需求的设备，才能更好地实现地下勘探的目的。
地质雷达是一种非侵入性地球物理探测技术，通过发射电磁波并检测它们在地下的反射来获取地下介质的信息。
该技术可以用于地质勘探、地下水资源调查、地下管道和电缆的定位、考古探测、地下建筑结构检测等领域。
地质雷达主要由发射器、接收器、天线和数据处理系统组成。
在地质雷达设备的选型中，首要考虑的是探测深度。
不同工作频率的地质雷达设备可以实现不同的探测深度。
一般来说，低频率的地质雷达可以达到更深的探测深度，但分辨率较低；而高频率的设备则能提供更高的分辨率，但探测深度相对较浅。
因此，需要根据具体的应用需求来选择合适的工作频率和波长的地质雷达设备。
3章 地质雷达仪器结构与特点
举例
下图是使用300MHz天线，岩土介质介电常数为9的条 件下的垂向分辨率随深度的变化。
雷达记录信号的传输
• 雷达天线接收到的反射信号如何传输到记录器并 将其记录下来。目前国内外的雷达就此分两种不 同的方式。一类是天线接收到的电磁波信号直接 送回到计算机，在计算机里完成数值采样，并进 行储存。象美国的GSSI公司的各种雷达、中国的 各种雷达多是这种方式。另一类是天线接收到信 号后立即进行数值采样，而将数值信号送回计算 机储存，加拿大的PULSE EKKO雷达就属于该类。 后者的优点是抗干扰性能好，便于长距离传输。
能流密度较大，有利于增大探测深度。 电磁波中电场的极方化向在传播方向与天线轴组成的平面内，磁场的极化 方向与该平面垂直。
E
前后方向
左右方向
天线频率与频带
雷达脉冲与子波
触发波形
天线发射波形
雷达脉冲与子波
雷达探测深度
雷达的水平分辨率
• 根据Fresnel(菲涅尔)原理，菲涅尔带中心垂直反射与边缘 反射的波程差为λ/2，菲涅尔带半径df为： df=(hλ/2+λ2/16)1/2 水平分辨率应为菲涅尔带半径的1/2。 • 假定雷达波以锥面形式向下传播，物体上表面将大部分能 量反射回来，则水平分辨率可根据下式估算： Rf= (λh+λ/4)1/2 Rf :圆柱半径, λ：电磁波长，h：柱体顶面埋深。 • 从上述公式中可以看出，水平分辨率与埋深及波长有关， 而波长是由天线频率和介质波速决定的。下表中列出了三 种常用频率天线探测典型工程介质时的水平分辨率。
地质雷达仪器结构与特点
内容提纲
• • • • • • • • 控制、发射与接收 采样方式 天线的作用与结构类型 天线频率与频带 雷达脉冲与子波 雷达探测深度 雷达的水平与垂直分辨率 雷达记录信号的传输
地质雷达原理及应用PPT课件
地质雷达可以在各种复杂的环 境下进行探测，如山地、河流
、城市等。
地质雷达的缺点
成本较高
地质雷达设备成本较高，对于一些小 型项目来说可能不太经济。
对操作员要求高
地质雷达的操作需要专业人员进行， 对于普通人员来说可能需要较长时间 的学习和培训。
受环境影响较大
地质雷达的探测效果受到环境因素的 影响较大，如土壤湿度、电磁噪声等。
时域和频域分析等处理。
数据处理软件还具有地图显示 功能，可将探测结果以图像形 式展示，方便用户分析和解释
。
04
地质雷达应用实例
地下管线探测
总结词
利用地质雷达的高频电磁波探测地下管线的位置和深度，提高城市规划和建设 的安全性。
详细描述
通过向地下发射高频电磁波，并接收反射回来的信号，地质雷达能够准确测定 地下管线的位置和埋深，为城市地下管线的规划、建设和维护提供重要依据。
THANK YOU
感谢聆听
数据处理复杂
地质雷达获取的数据量较大，需要进 行复杂的数据处理和分析，对于数据 处理技术要求较高。
地质雷达的发展趋势
技术升级
数据处理智能化
随着科技的不断发展，地质雷达的技术也 在不断升级，未来将会有更高效、更精确 的探测技术出现。
随着人工智能技术的发展，未来地质雷达 的数据处理将更加智能化，能够自动识别 和提取地下物体的信息。
详细描述
地质雷达能够快速、准确地监测地质灾害的发生和发展，如滑坡、泥石流等，为 灾害预警和应急救援提供及时、准确的信息，有效降低灾害造成的损失。
矿产资源勘探
总结词
利用地质雷达的高分辨率探测矿产资源的分布和储量，为矿 产资源的合理开发和利用提供科学依据。
第三讲__地质雷达仪器结构与特点
第三讲地质雷达仪器结构与特点3.1控制、发射与接收探地雷达主要由控制器、发射与接收天线组成。
控制器是雷达的核心部分，它是在计算机的基础上配合信号发生触发器、A/D转换器共同组成。
地质雷达构成示意图3.2 采样方式地质雷达的A/D转换是决定地质雷达技术指标的核心部件，因为采样率非常高，采样间隔间隔在10-1-10-2ns之间，A/D转换的分辨率与采样率茅盾突出，通常采用多次发射，移位采样的方式达到提高采样率的目的。
A/D转换的分辨率有24Bit、16Bit和8Bit几种，多数地质雷达采用16Bit和8Bit，只有少数地质雷达达到24Bit。
采用高频天线时一般都采用8Bit 工作方式。
3.3天线类型与方向特性天线的类型以频率划分为低频、中频和高频。
以结构特点又划分为非屏蔽、屏蔽天线。
以电性参数分有偶极子天线、反射器偶极子天线、喇叭状天线。
采用不同种天线结构是为了获得较高的发射效率。
频率在80MHz以下的为低频天线，通常采用非屏蔽式半波偶极子杆状天线。
无反射器，无屏蔽。
天线每半极的长度为λ/4，天线总长度为雷达λ/2。
辐射场具有轴对称性，能量分散，能流密度小。
因发射频率低，介质中衰减小，可用于较深目标的探测，在场地勘察中经常采用。
频率在100MHz-1000MHz范围内的天线称为中频天线，采用屏蔽式半波偶极子天线。
天线采用有反射器的半波偶极子天线，天线每半极的长度为λ/4，天线总长度为雷达λ/2。
反射器将辐射到后方的能量集中到前方，在前方形成较大的能流密度。
具有天线体积小，发射效率高的特点。
在工程勘查与检测中常使用该类天线，包括300MHZ、600MHZ、900MHZ。
100MHZ加强型天线也属于该类天线，它采用高功率发射技术，探测深度可达30m左右，场地勘察、线路勘察和隧道超前预报中常使用该种天线。
高频天线：频率高于1GHZ的称为高频天线。
高频天线常采用喇叭形状，以提高辐射效率。
该天线辐射能量集中，分辨率高，目前主要用于路面、跑道的质量检测。
地质雷达课件(内部参考)
第一讲地质雷达的应用领域探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)，又称地质雷达，是近些年发展起来的高效的浅层地球物理探测新技术，它利用主频为数十兆赫至千兆赫兹波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器所接受，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。
与传统的地球物理方法相比，探地雷达最大的优点就是具有快速便捷、探测精度高以及对原物体无破坏作用。
因此，探地雷达在道路建设和公路质量检测领域已逐渐被认识到并广泛应用起来。
地质雷达自上世纪80年代中期开始应用至今将近20年了，其应用领域逐渐扩大，在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有重要的应用，解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、地质构造等问题。
1.1 工程场地勘察地质雷达最早用于工程场地勘查，解决松散层厚度分布，基岩风化层分布，以及节理带断裂带等问题。
有时也用于研究地下水分布，普查地下溶洞、人工洞室等。
在粘土补发育的地区，探查深度可达20m以上，效果很好。
1.2 埋设物与考古探察考古是地质雷达应较早的领域，在欧洲有成功的实例，如意大利罗马遗址考古、中国长江三峡库区考古等项目都应用了雷达技术。
利用雷达探测古建筑基础、地下洞室、金属物品等。
在现今城市改造中，有时也需要了解地下管网，如电力管线、热力管线、上下水管线、输气管线、通信电缆等，这对于地质雷实是很容易的。
目前地质雷达为地下管线探测发展了高分辨3D探测系统及软件，如PATHFINDER雷达、R I S-2K/S等雷达都可以胜任这类工作，不但可探测到水平位置分布，还可以确定其深度，得到三维分布图。
雷达考古雷达探测管道1.3 工程质量检测工程检测近年应用领域急速扩大，特别是在中国的重要工程项目中，质量检测广泛采用雷达技术。
铁路公路隧道衬砌、高速公路路面、机场跑道等工程结构普遍采用地质雷达检测。
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：
1地质雷达法超前地质预报仪器组成.
仪器组成
地质雷达系统一般由主机、具有不同频率的各 型号天线、电缆、测量轮、后处理软件等主要设备 及打标器、电池、手提箱、测量小车、拉线、天线 保护装置等附属配件共同组成。具体见下图。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
仪器组成
sir 3000高速地 质透视雷达
轨道工程系
轨道工程系
SIR系列地面耦合天线 系工程常用天线类型。
《隧道施工质量检测与验收》
天线
轨道工程系
SIR系列地面耦合天线 低频天线组和高频天线
《隧道施工质量检测与验收》
电缆
上图：主电缆 中图：12V直流 电瓶接线
轨道工程系
电缆用于连接主机和天线， 既输送电力，也传输信号数据。
《隧道施工质量检测与验收》
《隧道施工质量检测与验收》
主机
上图：sir 10B主机 下图：sir 20高速地 质透视雷达主机。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
主机
左图：sir 20主机 (CF-29/MF-20) 右图：sir 2 SYSTEM主机。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
主机
左图：sir 2000主机 右图：sir 3000便携 式透底雷达主机。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
天线
•天线是一种电磁波转换装置 •天线包括发射天线和接收天线 •发射天线是把电信号转换为电磁波，向外界辐射 •接收天线是把外界的电磁波接收到转换为电信号
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
天线
上图：100MHz天线 中图：400MHz天线 下图：900MHz天线
电缆
左图：400Mhz 天线测量轮 右图：打标器
《地质雷达探测技术》
常见的隐身技术
缩小雷达反射截面 降低红外线信号特征 降低视觉信号特征 降低听觉信号特征 等离子体技术
第二部分 地质雷达工作原理
在隧道开挖、煤矿生产及地面工程建设中经常遇到 复杂的地质异常，给施工带来困难，尤其是穿过老窑 、软弱破碎带、岩溶区，或者煤与瓦斯突出的危险区 域，若事先未能探查清楚往往造成塌方、涌水或煤与 瓦斯突出等事故，影响安全生产。在地面工程地质勘 探中，要求实施大面积、高密度精查勘探，这就对地 质探测手段提出了高的要求。实践证明，应用矿井地 质雷达进行探测，简便快捷，机动灵活，能较好而准 确地提供资料，取得较好效果。
tn2
4hn2 vn2
x2 vn2
图1 地质雷达探测原理示意图
t 4z2 x2 v
当地下介质中的波速v为已知时，可根据精确测得的走 时t，由上式求得目标体的深度z。式中x值即收发距，在剖 面测量中是固定的；v值可用宽角法直接测量，也可以根据 近似计算公式：
v c
r
c为光速；
r 为地下介质的相对介电常数。
国内
发展状况是：首先通过引进国外的雷达仪器，进行研究和应 用，然后开发拥有自主知识产权的自己的雷达产品。目前，国 内使用最多的雷达大多是美国GSSI公司生产的。国内有电子部 22所，航天部爱迪尔公司、骄鹏公司和中国矿大（北京）四家 单位相继推出了自己的雷达产品。
3.1 瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
非屏蔽天线可应用于土木建筑、地质学及水文地质学等。
3.2 SIR雷达介绍
该型号探地雷达仪器的特点是：系统高度集成化、数字化， 操作简单化，天线屏蔽干扰小，探测范围广，分辨率高，具 有实时数据处理和信号增强，现场实时显示二维彩色图像。 其配置的探测天线系列化，可应用与各类地下目的体及目的 层的检测与探测。
地质雷达介绍ppt课件
g
e4r
满足Qs+Q>0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。
26
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
对于铜、铁等良导电媒介质，其电导率σ很大，衰减常 数β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
6
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
α为相位系数，σ为导电率（1/ρ），ε为介电系数， μ为磁导率
7
绝大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满
13
EKKO 系列 EKKO 100增强型
E K K O 1 0 0 0 型
Noggin 250型
14
SIR 系列
匹配天线
SIR3000型（最新）
15
美国GSSI自行生产的天线
3207型
Next
5103型
5100型
16
Radarteam定制的天线 Subecho 70型
屏蔽Subecho 200型 屏蔽天线900型
4
探地雷达工作原理示意图
发射天线
接收天线
直达波
目标体 反射波
5
• 超高频电磁波（10MHz－5000MHz） • 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。
地质雷达技术讲解
载入数据
数据处理与资料解释 一维滤波/去直流漂移
增益/能量衰减
静校正/移动开始时间
一维带通滤波
二维滤波/抽取平均道
二维滤波/滑动平均
偏移/时深转换
图像显示称，工程名称、地点，建设单位、勘察单位、 设计单位、监理单位和施工单位，设计要求，检测目的， 检测依据，检测日期；
Page 16
现场采集 7．安全要求： 测量拱顶和拱腰位置时，工作人员和天线都要用安全带或
绳索与周边物体进行固定，防止工人高空作业时发生危险 和天线滑落摔坏。 8．地面要求： 地面平坦，无杂物、无影响车辆通行的障碍物。
Page 17
衬砌检测报检单
Page 18
衬砌检测报检单
Page 19
机械，尽可能不要采用履带式机械。建议使用市政路 灯维修车或自行搭建，但须保证行使平稳，不晃动。 2．人员配置： 工人4-5名，现场技术人员2名。
Page 14
现场采集 3．标记里程： 在数据采集之前，要每间隔5米或10米的距离用明显的标
记标明隧道里程数，要保证清晰可见。 4．操作平台： 采集拱顶和拱腰位置的数据时，其操作平台至少要能够容
数据采集记录表
Page 20
数据采集记录表
Page 21
Page 22
仪器操作
Page 23
仪器操作
Page 24
仪器操作
Page 25
仪器操作
Page 26
仪器操作
数据处理
雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严 重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷 达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录 进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似， 而且数据剖面也类似于反射地震数据剖面 ，因此反射地 震数据处理的许多有效技术均可用于地质雷达的数据处理， 但由于雷达波和地震波存在着动力学差异，如强衰减性， 雷达波在湿的地层中衰减比在干的情况下要大，而
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。
第三章第五节探地雷达技术ppt课件
第三章第五节探地雷达技术ppt 课件•探地雷达技术概述•探地雷达系统组成•探地雷达数据处理与解释•探地雷达在不同领域中的应用实例目•探地雷达技术发展趋势与挑战•总结回顾与拓展思考录探地雷达技术概述01CATALOGUE定义与发展历程定义探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是一种利用高频电磁波在地下介质中传播并反射回来的特性，对地下目标体进行探测和成像的无损检测技术。
发展历程自20世纪70年代初期，探地雷达开始被应用于地质勘探、考古、环境工程等领域。
随着计算机技术和信号处理技术的不断发展，探地雷达的分辨率和探测深度不断提高，应用领域也不断扩展。
原理及工作方式原理探地雷达通过发射高频电磁波，当电磁波遇到不同电性的地下介质界面时，会发生反射和折射。
接收天线接收反射回来的电磁波信号，并通过信号处理技术对信号进行处理和成像，从而得到地下目标体的位置和形态信息。
工作方式探地雷达可以采用不同的工作频率、天线类型和扫描方式等参数设置，以适应不同的探测需求和地下环境。
常见的工作方式包括剖面扫描、三维成像、实时监测等。
应用领域与意义应用领域探地雷达广泛应用于地质勘探、考古、环境工程、建筑工程、军事等领域。
例如，在地质勘探中，可以用于探测矿藏、油气藏等；在考古中，可以用于探测古墓、遗址等；在环境工程中，可以用于探测污染物分布、土壤层结构等。
意义探地雷达作为一种无损检测技术，具有非破坏性、高分辨率、高效率等优点。
它可以提供丰富的地下信息，为相关领域的研究和决策提供有力支持。
同时，随着技术的不断发展，探地雷达的应用前景将更加广阔。
探地雷达系统组成02CATALOGUE发射机与接收机设计发射机产生高频电磁波，通常采用脉冲体制或连续波体制。
脉冲体制具有高峰值功率、宽频带等特点，适用于浅层高分辨率探测；连续波体制则具有低功耗、易于实现等优点，适用于深层探测。
接收机接收来自地下的反射信号，并进行放大、滤波等处理。
地质雷达仪器组成及设备选型概述
地质雷达仪器组成及设备选型概述一、引言地质雷达是地球物理探测技术中的一种重要工具，通过使用雷达的原理和技术，可以非侵入性地探测地下的物质结构和形态特征。
本文将介绍地质雷达仪器的基本组成和设备选型的概述。
二、地质雷达仪器组成地质雷达仪器主要由以下几个部分组成：1. 发射器发射器是地质雷达仪器的核心部件之一，它负责产生雷达信号并将其发送到地下。
发射器通常采用高频电磁波源，可以发送射频脉冲信号或连续波信号。
不同的发射器在频率、功率和波形等方面可能有所不同，根据需要选用合适的发射器可以获得更好的勘探效果。
2. 接收器接收器是地质雷达仪器的另一个核心部件，它负责接收地下物质对雷达信号的反射和散射。
接收器通常采用高灵敏度的天线和接收电路，可以接收并放大微弱的雷达信号。
接收器的性能对于地质雷达勘探的效果有着重要的影响，选择合适的接收器可以提高信噪比和分辨率。
3. 控制单元控制单元是地质雷达仪器的中枢部件，它负责对发射器和接收器进行控制，并实现信号的采集、处理和显示。
控制单元通常包括一个控制面板和一台计算机，用户可以通过控制面板设置仪器的参数和工作模式，同时可以在计算机上实时监测和处理数据。
不同型号的地质雷达仪器可能具有不同的控制单元，用户可以根据需要选择适合的仪器型号。
4. 数据存储器数据存储器是地质雷达仪器的一个重要组成部分，它用于存储勘探过程中获取到的数据。
数据存储器通常包括内存和硬盘两部分，在勘探现场可以即时存储数据到内存中，并在需要时将数据保存到硬盘中。
数据存储器的容量和速度对于实际勘探任务的要求有一定的影响，选择合适的数据存储器可以提高数据的采集和处理效率。
三、设备选型概述在选择地质雷达仪器时，需要考虑以下几个因素：1. 勘探目标地质雷达可以应用于各种地质勘探任务，如地下水资源、土壤污染、洞穴探测等。
不同的勘探目标对于地质雷达仪器的要求有所不同，例如，针对地下水资源勘探，需要选择能够有效探测到地下水的雷达仪器。
第三章 地质雷达 2003
地质雷达的基本原理
探地雷达技术参数
分辨率--垂直分辨率
Widess (1973), 三层模 型，第 一与第 三层波 速相同， 第二层 为第一 层波速 的一半
地质雷达的基本原理
探地雷达技术参数
分辨率--垂直分辨率Dm的确定
垂直分辨率Dm：垂直最小可分辨的层的厚度 Dm=0.5λ 其中， λ为雷达波的波长 λ =V/f V为雷达波的传播速度，f为雷达波的中心频率
1960年，Cook用脉冲雷达在矿井中做了试验。 二十世纪七年代，弱吸收介质中应用。
历史（国内）：
绪论
1980~1990年，开如引进探地雷达。
中国地质大学等方法研究。
青岛电磁波研究所研制探地雷达。
中国矿大仪器与软件。
北京骄鹏仪器中。
东华理工大学软件。
脉冲调幅波、振子天线
绪论
发射波形式： 调幅波、调频连续波、
中心频率(MHz) 应用领域 勘探深度（M) 采集时窗(ns)
80
MLF 16 - 80 100 200 300 400 500 900 1000, 1500, 2000
地质调查
地质调查 环境地质 环境地质 浅层工程与环境地质 浅层工程与环境地质 工程与环境、结构物 混凝土、桥梁结构物 混凝土、路面
0-3m >3m
8 cm /m 50 cm/m
塑料目标体 深度: 25 cm 在湿沙中 6 cm PVC 管难于探测到 9 cmPVC管可探测到
地质雷达的基本原理
探地雷达技术参数
分辨率—水平分辨率
地质雷达的基本原理
探地雷达技术参数
分辨率—水平分辨率
地质雷达的基本原理
探地雷达技术参数
湿粘土，湿页岩。 海水。
地质雷达
2.时间滤波
时间域滤波是一种褶积运算，因此时间域滤波也叫褶积滤波。由 于其过程较复杂，专业性较强在此不做过多的介绍。
二、数字滤波的特殊性
数字滤波须对滤波因子进行离散采样，因此具有离散性。在进行 滤波计算时，滤波因子只能取有限项，因此又具有有限性。
理想频率滤波器的时间响应的长度是无穷的，但实际计算时只能 取有限项。这种有限长度的滤波因子的频率响应不再是一个门式滤波， 而是有波动的曲线，曲线由间断点向远处波动衰减，在间断点波动最 大，这种现象称非连续函数频率响应的吉卜斯现象。
相长性干扰，这种干扰在地层厚度λ /4时达到最大，这时接收天线 信号的振幅值最大，这个厚度称调谐厚度。随着地层再一次进一步 变薄，相消性干扰逐步增强，直至反射消失。当地层很薄时，该薄 层的反射特征逼近于入射波的时间导数。这种时间导数的关系可以 维持到b=λ /8。由于从这点开始，就不再有来自地层顶底的各自反 射而剩下它们的复合波了，也就是说，从这一点开始失去了分辨能 力，因此，理论上可把λ /8作为分辨力的极限。但是考虑到干扰等 因素，一般把λ /4作为垂直分辨率下限。 b、水平分辨率
四、测量参数的选择 测量参数选择合适与否关系到测量结果的好坏。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、天线中心频率的选择 天线中心频率选择需要兼顾目标深度、目标体的尺寸、及天线 尺寸是否符合场地需要。一般来说，在满足分辨率且场地条件允许 又许可时，应该尽量使用中心频率低的天线。如果要求的空间分辨 率为 x(单位m)，围岩相对介电常数为 ε ，则天线的中心频率可由
测网布置与目标体有关，不同的目的体要用不同的测网布置。
a、管线 当管线方向已知，则测线应垂直管线长轴；如果方向 未知，则应采用方格网。 b、基岩面 测线垂直基岩面的走向，线距取决于目标体走向
地质雷达仪器实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在了解地质雷达的工作原理，掌握地质雷达仪器的操作方法，并通过实际操作，验证地质雷达在探测地下结构、岩土工程等领域中的应用效果。
二、实验原理地质雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是一种利用高频电磁波探测地下结构、岩土工程等的非接触式探测技术。
其工作原理是：主机通过天线向地下发射高频电磁波，当电磁波遇到不同电性差异的目标体或不同介质的界面时，会发生反射与透射。
反射波返回地面后，被接收天线所接收。
主机记录下电磁波从发射到接收的双程时间t和幅度与波形资料，通过对图像进行解释和分析，确定不同界面及深度、空洞等。
三、实验仪器1. 地质雷达主机：美国SIR-20型地质雷达。
2. 天线：270MHz和100MHz高频天线。
3. 数据采集系统：与主机相连的笔记本电脑。
四、实验步骤1. 确定探测区域：选择合适的探测区域，并对区域进行清理，确保无障碍物。
2. 测线布置：根据探测深度要求，选择合适的天线。
本次实验采用270MHz和100MHz高频天线。
针对地下通道，测线垂直通道延伸的方向布设；针对城墙，测线沿城墙走向及垂直城墙走向进行探测。
3. 测量参数设置：根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），设置测量参数，包括时窗范围、采样率、扫描率等。
4. 数据采集：启动地质雷达主机，进行连续测量，记录下电磁波从发射到接收的双程时间t和幅度与波形资料。
5. 数据处理与分析：将采集到的数据导入数据处理软件，对数据进行滤波、去噪等处理，分析地下结构、岩土工程等信息。
五、实验结果与分析1. 地下通道探测：通过对地下通道的探测，发现地下通道的走向、深度、宽度等信息。
结果显示，地下通道的走向与测线布置方向一致，深度约为5.0m，宽度约为2.0m。
2. 城墙探测：通过对城墙的探测，发现城墙的厚度、结构等信息。
结果显示，城墙的厚度约为1.5m，结构较为完整。
3. 数据处理与分析：通过对数据的滤波、去噪等处理，提高了探测结果的准确性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
天线的作用与结构类型
50MHz非屏蔽天线
100MHz非屏蔽天线
250MHz屏蔽天线
50MHz非屏蔽鞭状天线
100MHz屏蔽双体天线
1.0G喇叭桩天线
天线的作用与结构类型
120MHz钻孔天线
天线的电流分布与辐射场
天线的电流分布与辐射场
屏蔽天线辐射的方向性与屏蔽结构有关，以GSSI公司的100MHz 屏蔽天线为例，其辐射角前后90°，左右60°。辐射能量较为集中，
能流密度较大，有利于增大探测深度。 电磁波中电场的极方化向在传播方向与天线轴组成的平面内，磁场的极化 方向与该平面垂直。
E
前后方向
左右方向
天线频率与频带
雷达脉冲与子波
触发波形
天线发射波形
雷达脉冲与子波
雷达探测深度
雷达的水平ห้องสมุดไป่ตู้辨率
• 根据Fresnel(菲涅尔)原理，菲涅尔带中心垂直反射与边缘 反射的波程差为λ/2，菲涅尔带半径df为： df=(hλ/2+λ2/16)1/2 水平分辨率应为菲涅尔带半径的1/2。 • 假定雷达波以锥面形式向下传播，物体上表面将大部分能 量反射回来，则水平分辨率可根据下式估算： Rf= (λh+λ/4)1/2 Rf :圆柱半径, λ：电磁波长，h：柱体顶面埋深。 • 从上述公式中可以看出，水平分辨率与埋深及波长有关， 而波长是由天线频率和介质波速决定的。下表中列出了三 种常用频率天线探测典型工程介质时的水平分辨率。
雷达的水平分辨率
雷达的垂直分辨率
• 分辨率定义为雷达所能探测到的物体的最小尺度。垂向分辨率是能探 测到的物体的垂向最小尺度。按波的干涉理论，物体上下界面反射波 最小可识别双向波程差为λ/4--λ/8，因而垂向分辨率RV 与工作频率有 关： RV=λ/8--λ/4 • 根据散射理论和有照射长度的最新研究结果，垂向分辨率应为半波 长： RV / 2 • 根据应用实践，分辨率与深度有关，随着深度h的增大，分辨率降低。 可用下式估算垂向分辨率RV。 RV= 0.08*h 0<h<3m； RV= 0.5*h 3≦h； • 在湿砂土中埋设的直径6cm管子难于探出来，9cm的管子应该可以探 出来。
举例
下图是使用300MHz天线，岩土介质介电常数为9的条 件下的垂向分辨率随深度的变化。
雷达记录信号的传输
• 雷达天线接收到的反射信号如何传输到记录器并 将其记录下来。目前国内外的雷达就此分两种不 同的方式。一类是天线接收到的电磁波信号直接 送回到计算机，在计算机里完成数值采样，并进 行储存。象美国的GSSI公司的各种雷达、中国的 各种雷达多是这种方式。另一类是天线接收到信 号后立即进行数值采样，而将数值信号送回计算 机储存，加拿大的PULSE EKKO雷达就属于该类。 后者的优点是抗干扰性能好，便于长距离传输。
地质雷达仪器结构与特点
内容提纲
• • • • • • • • 控制、发射与接收 采样方式 天线的作用与结构类型 天线频率与频带 雷达脉冲与子波 雷达探测深度 雷达的水平与垂直分辨率 雷达记录信号的传输
控制、发射与接收
地质雷达构成示意图
采样方式
• 地质雷达的A/D转换是决定地质雷达技术指 标的核心部件，因为采样率非常高，采样 间隔在10-1-10-2ns之间，A/D转换的分辨 率与采样率矛盾突出，通常采用多次发射， 移位采样的方式达到提高采样率的目的。 A/D转换的分辨率有24Bit、16Bit和8Bit几种， 多数地质雷达采用16Bit和8Bit，目前还没 有见到24Bit的地质雷达。采用高频天线时 一般都采用8Bit工作方式。