2017-7地质雷达

测，该天线只能与CUII主机配合使用。典型的非屏蔽天线有 25MHz、50MHz、100MHz、200MHz天线。所有的 RAMAC/GPR非屏蔽天线均使用同样的发射机及接收机、光 纤、玛拉测链、天线分离架及主控单元。天线重量轻，适用
于单人操作。收、发天线容易分离，可以采用CMP法（共中
心点）计算速度。 非屏蔽天线可应用于土木建筑、地质学及水文地质学等。
地质雷达及应用
3.1 测量方式
1）、剖面法
三、野外工作方法
剖面法是发射天线(T)和接收天线(R)以固定间距沿测线同步 移动的一种测量方式，当发射天线与接收天线间距为零，亦 即发射天线与接收天线合二为一时称为单天线形式，反之称 为双天线形式。剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面 图来表示。该图像的横坐标记录了天线在地表的位置；纵坐
明显的分界，那么可根据具体干扰信号的分布，设计一个合理
的滤波器，将其滤除，就得到了滤波以后的结果，根据干扰信 号的频谱分布的不同，可以采取低通、高通或带通的方法。
地质雷达及应用
4.1 数字滤波
四、数据处理与资料解释
1）低通滤波
如果噪音的频谱分布只有高频成分，那么可采用 如下的滤波器将其滤除： f fh 1 H( f ) 其他 0 2）高通滤波 式中 f h 是高截频率。
60
r
地质雷达及应用
趋肤深度
一、基本原理

2

地质雷达及应用
国外
二、雷达仪器介绍
美国GSSI公司的SIR系列雷达（ 美国劳雷公司代理销售）
瑞典MALA公司的RAMAC/GPR雷达系列
加拿大Sensrs&Software公司pulse EKKO型探地雷达
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。
地质雷达及应用
2.3

二、雷达仪器介绍
加拿大EKKO型雷达
The pulseEKKO 100(1000) system provides shielded, full bistatic operational capability. The ability to move the antennas independently allows both simple reflection profiling surveys as well as CMP, multi offset and transillumination experiments to be conducted. The versatility of the system allows for variation in polarization as well as a number of other geometrical transducer configurations.
地质雷达及应用
2.1

二、雷达仪器介绍
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。
地质雷达及应用
形，构成雷达剖面。
地质雷达及应用
一、基本原理
由于探地雷达的电磁波主要是在非理想介质中传播的所以 其衰减的速度非常快，这构成了雷达应用的主要障碍，即探测
的深度有限。电磁波的电场强度随着距离的衰减规律是：
E E0e
，根据计算可以写为
r
其中为 r 介质的吸收系数，它与介质的电性和频率有关
r
地质雷达及应用
4.2 雷达资料的偏移处理
四、数据处理与资料解释
探地雷达与反射地震方法一样都是接收来自地下介 质界面的反射波。偏离测点的地下介质交界面的反射点， 只要其法平面通过测点，都可以被记录下来。在资料处 理中需把雷达记录中的每个反射点移到其原来的位置，
这种处理方法称为偏移归位处理，经过偏移处理的雷达
3.1 测量方式
3） 、宽角法
三、野外工作方法
地质雷达及应用
3.2 探地雷达的技术参数
三、野外工作方法
地质雷达及应用
3.2 探地雷达的技术参数
三、野外工作方法
2）测网布置
地质雷达及应用
3.2 探地雷达的技术参数
三、野外工作方法
2）测网布置
地质雷达及应用
四、数据处理与资料解释
探地雷达数据处理的目标是压制随机的和规则的干扰，
1 H( f ) 0
f fl 其他
如果噪音的频谱分布只有低频成分，那么可采用 式中 f l 是低截频率。 如下的滤波器将其滤除：
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4.1 数字滤波 3）带通滤波
四、数据处理与资料解释
如果噪音的频谱分布既有低频成分又有高频成分， 那么可采用如下的滤波器将其滤除：
1 H( f ) 0 fl f fh 其他
2.1 SIR雷达介绍
二、雷达仪器介绍
SIR-20高速高精度多通道透视雷达
SIR-3000便携式透地雷达
地质雷达及应用
2.1 SIR雷达介绍
二、雷达仪器介绍
100MHz
200MHz
400MHz
地质雷达及应用
2.1 SIR雷达介绍
二、雷达仪器介绍
900MHz
1200MHz
地质雷达及应用
2.1 SIR雷达介绍
EKKO-100型
EKKO-1000型
400MHz
地质雷达及应用
2.4
二、雷达仪器介绍
中国电波传播研究所——青岛分所：LTD-3
地质雷达及应用
2.4
二、雷达仪器介绍
中国电波传播研究所——青岛分所：LTD-3
地质雷达及应用
3.1 测量方式
三、野外工作方法
探地雷达的野外工作，必须根据探测对象的状况及所处的
地质雷达及应用
2.2
二、雷达仪器介绍
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
地质雷达及应用
2.2
二、雷达仪器介绍
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
地质雷达及应用
2.2
二、雷达仪器介绍
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
地质雷达及应用
2.2
二、雷达仪器介绍
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
RAMAC/GPR非屏蔽天线是低频天线，主要用于深层探
地质环境并选择合适的测量参数，才能保证雷达记录的质量。
1）、剖面法
2）、多次覆盖
3）、宽角法
地质雷达及应用
（2）测网布置 （3）天线中心频率的选择 （4）时窗的选择 （5）采样率的选择 （6）测点点距 （7）天线间距选择 （8）天线方向的取向
三、野外工作方法
（1）目标体特征与所处环境分析
施 工 准 备 工 作
以最大可能的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，提
取反射波的各种有用的参数(包括电磁波速度，振幅和波形等 )来帮助解释。探地雷达与反射地震都依靠脉冲回波信号，其 子波长度都由发射源控制。脉冲在地下传播过程中，能量均 会产生球面衰减，也会由于介质对波的能量的吸收而减弱， 在地下介质不均时还会发生散射、反射与透射。因此数字记 录的探地雷达数据类似于反射地震数据，反射地震数字处理 许多有效技术通过某种形式改变均可以应用于探地雷达资料
v
c为光速；
c
r
r 为地下介质的相对介电常数。
地质雷达及应用
' 常见介质的 和 V
一、基本原理
介质 水 空气 雪（湿）
相对介电常数 ' 81 1 4—12
电磁波速度V（m/ns) 0.033 0.3 0 .09—0.15
石灰岩
土壤(干) 土壤（含水20%）
7(6)
4(3—5) 10(4—40)
三、野外工作方法
2） 、多次覆盖法
地质雷达及应用
3.1 测量方式
3） 、宽角法
当一个天线固定在 地面某一点上不动，而 另一个天线沿测线移动 ，记录地下各个不同界 面反射波的双程走时， 这种测量方式称为宽角 法。 这种测量方式的目 的是求取地下介质的电 磁波传播速度。
三、野外工作方法
地质雷达及应用
的处理。
地质雷达及应用
载入原始数据
四、数据处理与资料解释
1 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 图像显示和解释
地质雷达及应用
4.1 数字滤波
四、数据处理与资料解释
地质雷达在测量过程中，为了保留尽可能多的信息，常 采用全通的记录方式，这样有效波的干扰也被同时记录下来， 为了去除数据中的干扰信号，需要采用数字滤波的方法。数字 滤波就是根据数据中有效信号和干扰信号频谱范围的不同来消 除干扰波。 如果有效信号的频谱分布与干扰信号的频谱有一个比较
第 7讲
地质雷达及应用
沈
金
松
资源与信息学院 物探系 2017.4.6
地质雷达及应用
探地雷达（Ground Penetrating Radar）是一种高科 技的地球物理探测仪器，目前已经广泛的应用于高速公路
，机场的路面质量检测；隧道，桥梁，水库大坝检测；地
下管线，地下建筑的检测等诸多的工程领域。 探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一 个天线接受来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中 传播时，其路径、电磁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，根据接收到波的旅行时间 （亦称双程走时）、幅度与波形资料，可推断地下介质的 分布情况。
0.11(0.12)
0.15(0.13—0.18) 0.095(0.05—0.15)
冰
铜或铁
3.2
1
0.17
----
地质雷达及应用
一、基本原理
波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确 定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正 负峰分别以黑色和白色表示，或以灰阶或彩色表示。这样 ，同相轴或等灰度、等色线，即可形象地表征出地下反射 界面。在波形记录上，各测点均以测线的铅垂方向记录波
地质雷达及应用
一、基本原理
地质雷达由发射部分和接收部分组成。发射部分由 产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线(Tx)
组成。通过发射天线电磁波以60°～90°的波束角向地
下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生
反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线（Rx
）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的 直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将 两种显示出来。
二、雷达仪器介绍
地质雷达及应用
2.1 SIR雷达介绍
二、雷达仪器介绍
地质雷达及应用
2.2


二、雷达仪器介绍
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）




主要特点 1. 高集成化、真数字式、高速 、轻便。 2. 系统集成化程度高，体积小、重量轻（主机重量仅为2.4公斤）。 3. 功耗低，主机功耗仅为25W；系统耗电量低，不需电瓶供电， 为野外工作提供方便。 4. 天线与主机之间采用光纤连接，频带宽、速度快、数据质量好、 抗干扰能力强，因此发射机、接收机及主机之间不会相互干扰。 5. 100兆、250兆、500兆、800兆及1000兆天线采用屏蔽方式，因 此其抗干扰能力强。 6. 主机与计算机之间采用ECP并口传输方式，数据传输速度快。 7. 主机可与低频、中频、高频天线全部兼容，同时与孔中天线也 兼容，因此性能价格比高，为用户添置新天线节约资金。 8. 显示方式采用外接笔记本方式。
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一、基本原理
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一、基本原理
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2
v
图1 地质雷达探测原理示 意图
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2
2
2
地质雷达及应用
一、基本原理
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：
3.1 测量方式
三、野外工作方法
2） 、多次覆盖法
由于介质对电磁波的吸收，来自深部界面的反射波 会由于信噪比过小而不易识别。这时可应用不同天线距 的发射—接收天线在同一测线上进行里复测量，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。
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3.1 测量方式
标为反射波双程定时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下
界面反射回到接收天线所需的时间。这种记录能准确反映测 线下方地下各反射界面的形态。
地质雷达及应用
3.1 测量方式
1）、剖面法
三、野外工作方法
地质雷达及应用
3.1 测量方式
三、野外工作方法
地质雷达及应用
3.1 测量方式
三、野外工作方法
地质雷达及应用