第五章 探地雷达技术
探地雷达在巷道掘进超前探测中的应用
探地雷达在巷道掘进超前探测中的应用一、引言探地雷达是一种利用电磁波进行物探的仪器，它可以探测到地下各种物质结构的位置、形态、尺寸、深度、位置以及介电常数等参数，因此在巷道掘进超前探测中具有重要的应用价值。
本文将从探地雷达技术的基本原理入手，阐述其在巷道掘进超前探测中的应用。
进一步说明探地雷达技术在巷道掘进上的重要性，以及其它探测技术相比探地雷达存在的不足之处。
二、探地雷达技术基本原理探地雷达是一种通过发射电磁波并侦测反射波的方法来识别地下物质的一种物探工具。
它通过发射一定频率的电磁波，当这些波遇到物质后，会被反射回来。
通过探测这些反射波的时间、频率、相位等变化，可以获得目标物质的信息。
探地雷达的工作原理如下： 1. 发射：探地雷达通过天线发射高频脉冲电磁波； 2. 传播：电磁波从天线传播进入地下物质，其中部分电磁波被地下物质吸收或散射，另一部分电磁波沿着地下物质的边界反射回来； 3. 接收：天线接收反射波并将其转化为电信号； 4. 处理：将接收到的电信号进行数字化处理，分析反射波传播的时间、相位、频率等信息，然后将数据转化为成像图像。
在探地雷达技术中，需要注意的一点是，不同的物质对电磁波的反射与吸收程度不同，因此需要通过不同的雷达频率来探测不同的物质，具体来说，低频频段适合探测深部的大物体，高频频段适合探测浅部的小物体。
三、探地雷达在巷道掘进中的应用巷道掘进是一项复杂而危险的工程，如果没有足够的超前探测技术支持，将很难保证工程质量和工人安全。
而探地雷达正是在巷道掘进的超前探测方面发挥了重要的作用。
1. 巷道掘进超前探测巷道掘进的超前探测是指在巷道开挖前，通过不同的物探技术对掘进路线进行调查、勘测、预处理，以发现地下物质的位置、尺寸和属性，确定掘进路线，并预测可能的地质波动，从而制定科学严密的掘进方案。
超前探测的准确性直接影响到掘进进度和安全，而探地雷达正是在巷道掘进超前探测方面展现了其重要性。
探地雷达可以检测地下各种物质结构的位置、形态、尺寸、深度、位置以及介电常数等参数，从而建立其三维模型。
第五章 探地雷达技术
§3 探地雷达的剖面测量方法
目前常用的时域GPR有剖面法、宽角法、环形法和多天线法等
剖面法结合多次覆盖技术应用最为广泛 发射天线T和接 收天线R以固定 间距，沿测线同 步移动。
双天线
单天线
雷达常用的两种处理技术
偏移绕射处理技术 核心：将视倾角x 变为真倾角mx。
射线理论的偏移绕射处理
波动方程偏移法 射线理论基础上：地下界面的 每一个反射点都可以认为是一 个子波源，这些子波源的电磁 波都可以到达地表，并被接收 天线接收，并假设其时距曲线 为双曲线。
GPR
ห้องสมุดไป่ตู้
§2
工作原理和基本组成
地质雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源 产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天 线，经由发射天线耦合后发射到地下，信号在 传播路径上遇到介质的非均匀体（面）时，产 生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到 地下回波后，直接传输到接收机，信号在接收 机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷 达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对 信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平 图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来， 经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大 小和方位等特性参数。
因此有：
(t ) a(t )b(t ) (t )
得到：
a (t )b(t ) 1
(t ) a( ) x(t )
a(t)为反子波，已知雷达 子 波 b(t) ， 求 出 反 子 波 a(t) ，把反子波 a(t) 与雷 达记录x(t)进行褶积，即 可求得反射系数：
土木领域中GPR的信息的再认识
应用射线定理，根据网格法，把每个网格看成一个反射点，根据反 射点P的深度H，反射点的记录通道Si（其地表水平位置xi），扫描 点P对应任意记录通道Sj（其地表位置xj）的反射波走时为：
探地雷达基本原理课件
电磁波衰减与散射
电磁波在传播过程中会发生衰减和散 射，与介质性质、频率等因素有关。
电磁波在不同介质中传播速度不同， 遵循折射、反射、透射等定律。
天线辐射与接收原理
01
02
03
天线基本概念
天线是探地雷达系统中用 于辐射和接收电磁波的装 置，具有方向性和增益等 特性。
天线辐射原理
天线通过电流激励将电磁 波辐射到空间中，辐射效 率与天线结构、工作频率 等因素有关。
图像增强与识别技术
图像预处理
包括去噪、平滑、对比 度增强等操作，改善图
像质量。
特征提取
提取图像中的边缘、纹 理、形状等特征，用于
目标识别和分类。
图像分割
将图像划分为具有相似 特性的区域，便于后续
分析和解释。
模式识别
利用机器学习、深度学 习等技术，对图像中的 目标进行自动识别和分
类。
05
探地雷达性能评价指标
直接观察反射波形的形状、幅度和到达时间，进行目标识别和定 位。
相关处理
利用发射信号与接收信号之间的相关性，增强目标反射信号，提 高信噪比。
频域信号处理技术
傅里叶变换
将时域信号转换为频域信号，便于分析不同频率 成分的特性。
频谱分析
研究信号的频率分布，识别不同地层的频谱特征 。
反演技术
基于频域数据，通过反演算法重建地下结构图像 。
确保发射和接收的同步性 ，避免信号失真和干扰。
天线类型及性能分析
偶极子天线
结构简单，方向性较好，适用于 浅层探测。
喇叭天线
具有较宽的波束宽度和较高的增 益，适用于深层探测。
阵列天线
通过多个天线单元的组合实现波 束合成和扫描，提高探测分辨率
第五章 雷达作用距离-修改
§5.3.1 积累效果
►相干积累
1
2 原因：信号功率增大M 倍，噪声功率增大M 倍
► 非相干积累
,
1
积累效率
►积累对作用距离的改善
结论：由于积累降低了达到规定检测能力时对单个输入脉冲信噪比的要求， 因此客观上提高了雷达的作用距离
习题
►某雷达波长 小可检测信号 有效反射面积
，最 ，已知探测目标的 ；
第七节 雷达方程的几种形式
§5.7.1 二次雷达方程
合作目标 二次雷达目标上装有应答机（或信标），当应答机收到雷达信号后，发射一个应答信 号，雷达接收机根据所收到的应答信号对目标进行检测和识别。
距离R 处任一点的雷达发射信号功率密度：
考虑到定向天线增益Gt：
t
’ 目标上应答机天线的有效面积为Ar ，则其接收的功率为：
►总结：
雷达方程虽然给出了作用距离和各参数间的定量关系，但由于未考虑设备的实际损
耗和环境因素，且目标有效反射面积σ和最小可检测信号Simin不能准确预定，因此仅
用 来雷作达估在算噪的声公和式其，他考干察扰各背参景数下对检作测用目距标离，的同影时响，。复杂目标的回波信号本身存在起伏，
因此，接收机输出的是一个随机量。雷达作-6用距离也不是一个确定值而是统计量，通 常只在概率意义上讲，当虚警概率（如10 ）和发现概率（如90%）给定时的作用距 离是多大。
►D0表示的雷达方程
带宽校正因子
雷达各部分损耗引入的损 失系数
§5.2.2 门限检测
►信号是否超出门限判断目标有无的四种情况
发现：存在目标，判为目标－－－－－－－Pd 漏报：存在目标，判为无目标－－－－－－Pla 正确不发现：不存在目标，判为无目标－－Pan 虚警：不存在目标，判为目标－－－－－－Pfa
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
它通过向地下发射高频电磁波， 并接收和分析反射回来的回波信 号，推断地下目标物的位置和深 度。
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。
路面破损检测
探地雷达能够发现路面破损和裂缝等缺陷，为及时修复和养护提供 帮助，延长道路使用寿命。
地下管线探测
通过探地雷达可以探测道路下的地下管线，包括管道位置、埋深、直 径等信息，有助于管线维护和管理。
06
探地雷达的发展趋势与挑战
探地雷达技术的发展趋势
高频化
随着技术的进步，探地雷达的 频率逐渐增高，提高了分辨率
02
探地雷达技术基础
电磁波传播基础
电磁波的波动特性
探地雷达使用电磁波进行探测， 电磁波具有波动性质，包括波长
、频率、相位等参数。
电磁波的传播速度
在介质中，电磁波的传播速度与介 质性质有关，例如在空气中接近光 速，而在金属中则传播速度较慢。
电磁波的极化
极化是指电磁波电场矢量的空间指 向，在传播过程中电场矢量会不断 旋转。
的反射图形。
结果显示
探地雷达的图形界面将反射图 形和数据处理结果显示出来，
供用户进行分析和判断。
04
探地雷达数据处理与分析
数据预处理
去噪
去除数据中的噪声和干扰，如去 除电磁波干扰、电源波动等。
校准
对数据进行校准，消除仪器自身 带来的误差，保证数据的准确性
。
采样
对原始数据进行采样，选择有代 表性的样点进行采集，减少数据
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。
探地雷达技术在道路检测中的应用
探地雷达技术在道路检测中的应用道路作为交通运输的重要基础设施，其质量和安全性直接关系到人们的出行和经济的发展。
为了确保道路的良好状况，及时发现潜在的问题和缺陷，各种检测技术应运而生。
其中，探地雷达技术以其高效、准确、无损等优点，在道路检测领域发挥着越来越重要的作用。
一、探地雷达技术的基本原理探地雷达技术是一种利用高频电磁波来探测地下介质分布的无损检测方法。
它通过向地下发射高频电磁波脉冲，当这些电磁波遇到不同介质的分界面时，会产生反射和散射。
接收天线接收反射回来的电磁波，并将其转换成电信号进行处理和分析，从而获取地下介质的结构、厚度、含水量等信息。
在道路检测中，探地雷达的电磁波能够穿透道路表面的沥青或混凝土层，探测到基层、底基层甚至路基的状况。
例如，可以检测出基层的裂缝、松散、空洞等缺陷，以及路基的不均匀沉降等问题。
二、探地雷达技术在道路检测中的优势1、高效性探地雷达技术能够快速地对道路进行大面积检测，大大提高了检测效率。
相比传统的检测方法，如钻孔取样，它不需要破坏道路结构，节省了时间和人力成本。
2、准确性通过对反射电磁波的精确分析，可以准确地确定道路内部缺陷的位置、大小和形状，为后续的修复和维护提供可靠的依据。
3、无损性探地雷达检测不会对道路造成任何损伤，不影响道路的正常使用，这对于交通繁忙的道路来说尤为重要。
4、多参数检测除了检测道路结构的缺陷，探地雷达还可以同时获取道路材料的含水量、介电常数等参数，为全面评估道路状况提供更多信息。
三、探地雷达技术在道路检测中的应用场景1、道路结构层厚度检测准确测量道路各结构层的厚度是评估道路质量的重要指标之一。
探地雷达可以清晰地分辨出不同结构层之间的界面，从而精确测量各层的厚度，判断其是否符合设计要求。
2、道路病害检测（1）裂缝检测能够发现道路表面和内部的裂缝，包括横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝。
对于细小的裂缝，也能有较好的检测效果。
（2）空洞和脱空检测道路基层或路基中的空洞和脱空会严重影响道路的稳定性和承载能力。
探地雷达技术在采矿工程中的应用
探地雷达技术在采矿工程中的应用摘要：我国矿产资源非常丰富，而在采矿工程中面临着较为复杂的地质条件，影响着采矿工程的进度。
由于原有的钻探、巷探技术，在探测精度、探测效率上略逊于探地雷达技术，所以本文针对探地雷达技术在采矿工程巷道探测、矿产探测、地质构造探测等中的应用进行了论述，比如在巷道探测中，不会扰动巷道原有的围岩结构，可准确探测到围岩的实际情况；在矿产探测中，可以获取矿产的厚度、分布情况等信息，为实际开采设计提供依据；而在地质构造探测中，可以获取到不良地质构造的各项信息，从而设定开采区域。
探地雷达技术在采矿工程中的应用，可确保采矿作业安全的同时，提升了采矿工程作业的质量与效率。
关键词：探地雷达；采矿工程；电磁波；探测领域探地雷达技术是采矿工程中非常重要的一项技术，其在采矿工程中的应用，为采矿工程巷道支护作业、矿产开采设计，以及开采区域设定等提供了准确的探测依据。
探地雷达技术虽然在我国地下介质探测行业应用时间较短，但是其凭借着自身无损探测、专业化、小型化、多功能等的技术优势，使其在地下介质探测行业得到了广泛的推广与应用，并取得了良好的探测效果，所以针对该技术在采矿工程中的应用研究与分析十分的必要，以促进该项技术的不断改进与升级，从而发挥出更好的探测功效。
1.探地雷达技术分析1.1发展历史该技术只有几十年的发展历史，是一种非常有效的无损探测技术，与其他地下探测技术相比，其探测速度快、操作简单便捷、经济性良好，使得该项技术在地下探测领域得到了广泛的应用。
该技术经过近几十年的发展，具有探测高精度、高效率的特点，但是在其探测使用的初期，应用具有一定的局限性，适用于冰层、岩盐等地下条件。
发展至20世纪70年代，探地雷达融入了电子技术，可进行探测数据的处理，使其具备在地下探测领域广泛应用的条件，适用的范围进一步被扩大，可以探测土层、煤层，以及电磁波吸收较为薄弱的地质条件下。
该技术在20世纪80年代才应用于我国的地下探测行业，经过后续的技术研发，探地雷达技术在采矿工程中应用日益广泛，并取得了优异的探测成果。
探地雷达技术在地下勘探中的应用和限制
探地雷达技术在地下勘探中的应用和限制近年来，随着城市建设的不断扩张和基础设施建设的加强，对地下空间的利用需求也日益增长。
然而，由于地下环境的复杂性和隐蔽性，传统的地下勘探方法在效率和准确性上面临很大的挑战。
在这个背景下，探地雷达技术应运而生，成为地下勘探中一种重要的无损检测方法。
首先，让我们先来了解一下探地雷达技术的原理。
探地雷达是一种通过发送电磁波并接收反射信号的设备，利用信号的变化来描绘地下物体的空间分布和性质。
它可以发射不同频率的电磁波，通过测量电磁波的传播速度和衰减程度来推断地下物体的特性，如深度、形状、尺寸以及电磁性质等。
在地下勘探中，探地雷达技术具有多个显著的优势。
首先，它可以高效快速地获取地下信息。
相比传统的勘探方法，如钻孔、挖掘等，探地雷达可以在不破坏地表和地下结构的情况下，实现对较大范围的地下空间进行快速的勘探，极大地提高了勘探效率。
其次，探地雷达技术具有较高的准确性。
通过对电磁波的接收和分析，探地雷达可以提供有关地下物体的详细信息，如位置、形状、材质等，为工程设计和施工提供准确的参考。
然而，探地雷达技术在地下勘探中仍然存在一些限制和挑战。
首先，探地雷达的工作受到地下环境的影响较大。
地下环境中的土壤、水分、盐分等物质对电磁波的传播和反射都会产生一定的影响，影响探地雷达的工作效果和准确性。
其次，探地雷达的勘探深度有限。
由于电磁波的衰减特性，探地雷达只能勘探到一定深度范围内的地下物体，对于深层的地下结构难以获取有效信息。
此外，地下复杂环境中的干扰噪声也会降低探地雷达的信号质量，进一步影响勘探的准确性。
为了克服这些限制和挑战，人们通过不断创新和改进，提高了探地雷达技术在地下勘探中的应用效果。
一方面，改进的雷达系统可以对复杂地下环境进行更准确的建模与仿真，提高勘探结果的可靠性及精度。
另一方面，结合其他勘探技术，如地震勘探、电法勘探等，可以提供多学科信息融合的地下勘探方案，全面揭示地下环境的特征与变化，为工程设计与施工提供更全面的参考。
《探地雷达》课件
结论
探地雷达在未来的应用前景
探地雷达具有广阔的应用前景，可以应用于更多领域，如建筑、安全、地质勘探等。
探地雷达技术的挑战及机遇
研究探地雷达技术所面临的挑战，如信号处理、数据解释，也为相关领域提供了更多机遇。
分析和处理，可以准确地
可信的图像和数据。
的方式展示给用户，帮助
识别和定位地下的物体。
他们理解地下状况。
探地雷达的发展方向
高精度探测技术的研究
加强对探地雷达的精度和性能的研究，提高探测结果的准确性和稳定性。
环境适应性
针对不同地质环境和应用场景，开发适应性更强的探地雷达系统和算法。
自动化控制技术
结合自动化技术，实现探地雷达的无人化操作和更高效的数率
等与地下物体相关的参数。
3
后向散射距离探测方法
通过测量雷达向后散射的电磁波距离来 确定地下物体的存在。
探测结果分析
1 地下物体的识别与定 2 数据处理
3 可视化展示
位
将探测到的信号进行滤波、
利用图像处理和地图绘制
通过对探测到的数据进行
插值等处理，以获得清晰、
技术，将探测结果以直观
探地雷达的工作原理
组成部分
探地雷达由天线、传感器和数据处理器组成，通过 发送和接收电磁波来感知地下情况。
电磁波传播
电磁波在不同介质中传播时会受到反射、折射、散 射等现象的影响，探地雷达利用这些变化来获取地 下信息。
探测方法
1
传统探测方法
利用雷达对地下进行成像，通过分析反
静电感应探测方法
2
射信号来确定地下物体的位置和特征。
《探地雷达》PPT课件
探地雷达是一种非侵入式的地下探测技术，广泛应用于勘探、建筑、环境等 领域。本课件将介绍探地雷达的工作原理、探测方法和数据处理，以及其未 来的发展方向。
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。
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
探地雷达在测绘中的技术与应用
探地雷达在测绘中的技术与应用地球上有着无数的地下资源，如矿藏、油藏、水源等。
为了准确地探测地下的构造和地质信息，科学家们发明了一种重要的探测设备——探地雷达。
探地雷达是一种利用电磁波与地下不同物质的反射和回波变化来获取地下信息的仪器。
它在测绘领域中具有广泛的应用，本文将着重探讨探地雷达在测绘中的技术原理和实际应用。
探地雷达的技术原理探地雷达是利用电磁波传播的物理原理来探测地下物质的。
它主要由发射源、接收源和数据处理单元组成。
发射源发出的电磁波被地下物质反射后会返回，并通过接收源接收。
然后，通过数据处理单元对接收到的信号进行处理和分析，得出地下物质的特征信息。
探地雷达可以采用不同的频段，如低频段、中频段和高频段等。
不同频段的电磁波在地下的传播规律不同，因此可以提供不同精度的地下信息。
同时，探地雷达还可以根据需要设置不同的探测深度，以适应不同类型的测绘任务。
探地雷达的应用领域探地雷达在测绘中有着广泛的应用。
首先，它可以用于地下矿产资源勘探。
通过探地雷达，可以确定地下矿产的分布情况和储量，为矿产勘探和开采提供重要的依据。
其次，探地雷达还可以用于城市规划和基础设施建设。
通过探测地下管道、电缆和建筑物等信息，可以避免在施工过程中对地下设施的破坏，提高施工效率和安全性。
此外，探地雷达还可以应用于地质灾害监测、环境污染治理等方面。
探地雷达的优势和挑战与传统的测绘方法相比，探地雷达具有许多优势。
首先，它可以非侵入性地探测地下物质，无需人工挖掘和破坏地表。
其次，探地雷达具有较高的探测精度和分辨率，可以提供准确且详细的地下信息。
此外，探地雷达的测量速度快，能够快速获取大量数据。
这些优势使得探地雷达成为现代测绘领域中不可或缺的工具。
然而，探地雷达在应用中也面临一些挑战。
首先，地下环境复杂多变，地下物质的电磁特性各异，这对探地雷达的信号处理和解释提出了较高的要求。
其次，探地雷达在测绘过程中需要考虑地下介质的各种干扰因素，如地下水、自然电磁信号等。
探地雷达技术介绍
D，带通滤波 带通滤波 是去除所有道中不想要的频率。低于最低 截止频率或高于最高截止频率将被消弱或去除。cies E，背景噪声滤波 这个滤波是去除数据中的水平或近于水平特征，通过运 用一个水平空间高通滤波器。它的效果类似于抽取平均 道滤波，目的是去除随机和干扰的频率。
6，波速估计与标定
电磁波速度的估计很重要，它是进行准确时深转换的基础， 有下面几种方法估算电磁波速： a,根据地层类型和含水情况使用参考速度值；
探地雷达技术介绍
北京雷迪公司
电话 010-67621208
目
探地雷达原理
录
探地雷达的主要组成部件 探地雷达的工作方法 探地雷达的技术参数 测量参数的选择 雷达管线探测识图
与RD4000管线仪结合做管线探测
市场上几种商用雷达的主要技术特色 探地雷达在其他方面的应用
一，探地雷达原理：
探地雷达由地面上的发射天线将高频短脉冲(106---109Hz) 的电磁波定向送入地下，这种高频电磁波遇到存在电性差异 的地下地层或目标体反射后返回地面，由接收天线接收。
高频电磁波在传播时，其路径、电磁场强度与波形将随 所通过介质的电性及几何形态而变化，故通过对时域波形的 采集、处理与分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及 结构 其最大的特点是高分辩率和高工作效率，它已成为地球 物理勘探中一种有力武器，在国民经济的诸多领域发挥着作 用!
3，控制单元的采集和显示器
雷达的数据采集主要是在控制单元中完成的， 它可在监视器进行实时显示，也可不用各厂家生产 的监视器，控制单元直接接笔记本电脑进行采集和 显示的控制。目前多数据厂家生产的雷达都有这两 种功能，如果现场不要进行数据处理工作，也可回 到室内通过高速USB口下载数据到电脑中，用专用 的数据处理软件进行处理，解释。
探地雷达技术工作原理
探地雷达技术是一种利用电磁波进行地下探测的技术。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 发射电磁波：探地雷达通过发射器产生高频电磁波，通常是脉冲电磁波。
这些电磁波会以一定的速度传播到地下。
2. 地下介质反射：电磁波在地下遇到不同介质的边界时会发生反射。
当电磁波遇到地下物体或地层的边界时，一部分电磁波会被反射回到地面。
3. 接收反射信号：探地雷达的接收器会接收到反射回来的电磁波信号。
这些信号包含了地下物体或地层的信息。
4. 信号处理和分析：接收到的信号会经过处理和分析，以提取出地下物体的特征信息。
这些信息可以包括物体的位置、形状、大小等。
5. 显示和解释结果：最后，探地雷达会将处理后的结果显示出来，通常以图像或数据形式呈现。
地质学家、考古学家等专业人员可以根据这些结果来解释地下结构或物体的性质。
总的来说，探地雷达技术通过发射和接收电磁波，利用电磁
波在地下介质中的传播和反射特性，来实现对地下物体或地层的探测和分析。
探地雷达技术与应用ppt课件
五、探地雷达信号处理
➢杂波抑制：
•杂波产生原理；
地面
w
e
Tx
Rx
c
b s
目标
五、探地雷达信号处理
➢合成孔径：
•目的：提高方位分辨率，增强信噪比； •二维合成孔径成像，三维合成孔径成像； •时域合成孔径成像（全息成像，kirchhoff偏移，等），频 域合成孔径成像（f－k偏移，Gazdag、stolt偏移，等）；
五、探地雷达信号处理
•基于微波全息成像的SAR方法：
v(Xr,t)12vSlz3p(X)u'(t2 vl)dxdy
B (X )v (X r,t) h (X X r,t)dr td d ryx
归一化A扫描能量
归一化A扫描能量
(a)
(c)
水 平 位 置 ， cm (b)
水 平 位 置 ， cm (d)
Point
-1
Target
-1.5
-2
-2.5
-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
RMA
Focused Image
0.4
Focused 0.2 0 Point -0.2 -0.4 Target -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 -1.6
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Azimuth FFT
其他单位，如西安交通大学、清华等，以及电子 部22所、50所，航天部等单位都对探地雷达进行了卓 有成效的研究，已有产品推出。但是，到目前为止， 尚未见到我国有用合成孔径技术的探地雷达报道。
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GPR数字处理技术
数字滤波 频率滤波和时域滤波 在GPR中此带入了大量的噪声，GPR的核心工作就 是利用各种先进的滤波技术来压制噪声，提高SNR，以 提高有效波的性态。 数值滤波就是对采样后的离散数据进行一种数学上的 处理，从而按照设定的要求获得一个新序列的过程。 首先，满足采样定律：
1 t 2 f max
采样时间间隔：纳秒ns
频率滤波
对探地雷达记录道x(t)进行频谱分析，以确定有效的频率 范围1~2与干扰频率3~4，其次设计一个频率器保留有 效波的频率成份，虑掉干扰波的频率成份，即：
1, 1 2 H ( w) 0, other
对 GPR 的记录通道下 x （ t ）进行滤波，若 x （ t ）的频谱为 x （），则滤波后GPR的x（t）的频谱为x（）H（ ），再 对滤波后的信号谱进行傅立叶变换，得到滤波后的输出为：
GPR
§2
工作原理和基本组成
地质雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源 产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天 线，经由发射天线耦合后发射到地下，信号在 传播路径上遇到介质的非均匀体（面）时，产 生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到 地下回波后，直接传输到接收机，信号在接收 机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷 达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对 信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平 图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来， 经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大 小和方位等特性参数。
在实际工程中，应用较多的是理想低通、带通和高通滤波器， 理想的滤波器特性为：
1, H ( ) 0, sin t h(t ) t
相应时间域特性
理想带通滤波器的响应特征为：
1 H ( ) 0
0 0
应用射线定理，根据网格法，把每个网格看成一个反射点，根据反 射点P的深度H，反射点的记录通道Si（其地表水平位置xi），扫描 点P对应任意记录通道Sj（其地表位置xj）的反射波走时为：
2 tij H 2 ( x j xi ) 2 v
m- 参 与 偏 移 叠加的记录 通道； v- 电磁 波传播速度 S
§3 探地雷达的剖面测量方法
目前常用的时域GPR有剖面法、宽角法、环形法和多天线法等
剖面法结合多次覆盖技术应用最为广泛 发射天线T和接 收天线R以固定 间距，沿测线同 步移动。
双天线
单天线
雷达常用的两种处理技术
偏移绕射处理技术 核心：将视倾角x 变为真倾角mx。
射线理论的偏移绕射处理
波动方程偏移法 射线理论基础上：地下界面的 每一个反射点都可以认为是一 个子波源，这些子波源的电磁 波都可以到达地表，并被接收 天线接收，并假设其时距曲线 为双曲线。
2 h(t ) sin t cos t t
相应时间域特性
理想高通滤波器的响应特征为：
1, H ( ) 0, sin t h(t ) (t ) t
相应时间域特性
反褶积 理想GRP是一个尖脉冲，由于天线的限制，这种尖脉冲实 际是一个具有一定时间连续的波形b(t)，雷达记录因此可 以看成是雷达子波与反射系数的褶积
GPR发展沿革（1965～1980年代）
• 1970 年,首家生产和销售商用GPR 的公司问世,即Rexorey 和Art Drake 成立的美国地球物理测量系统公司( GSSI) ； • 此期间GPR 的进展表现在,人们对地表附近偶极天线的辐 射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻 的认识； • 特别是Morey 在1974 年设计出超宽带GPR并通过GSSI 迅 速实现了商品化,为GPR 开创了新的发展方向； • 从70 年代开始,GPR 在检测地下管道、坑道方面大显身手 , 特别是在检测地下非金属管道时表现出无可替代的优越性, 基于类似的原因，GPR 开始协助刑事勘察。加拿大地质 调查部门还充分利用GPR 探测了北极永久冻土及加拿大 西部碳酸钾矿。 • 钻孔探地雷达在偏远地区使用时暴露了设备笨重、体积大 和耗能多的缺点,此外,由于当时的石油地震勘探业已经开 始采用数字处理技术,因此GPR 数据的数字化成为人们迫 切的期望。
被检测对象的几何尺寸决 定雷达系统可能的分辨率， 关系到天线中心频率的选 择 在检测区域不应存在大 范围的金属构件和无线 射频源
测网布置原则
检测工作之前，首先建立测区坐标，确定测线的平面位置， 一般的规则如下：
A. 检测对象已知时，测线垂直于检测对象长轴方向； B. 检测对象未知时，测线布置成网格形式； C. 检测对象体积有限时，先用大网格测线布置，初查物体范 围，然后用小网格进行祥查，网格大小最好接近对象尺寸；
(i 1,2,3,, m)
ai
a
j 1
m
ij
把记录道 Sj 上 tij 的振幅值 aij 与 P 点的振幅叠加起来，作为 P 点的总 振幅值ai
波动方程偏移法
基本原理：电磁波波动方程克希霍夫解的基础上进行
其核心思想还是: 网格法＋电磁场有限元方法＋边界条件限定
反射波增强处理技术图象增强处理 A. 反射回波幅度的变换技术 An
GPR发展沿革（1965～1980年代）
• 美国军队在60 年代中期，委托Cal span 公司率先采用 GPR 进行了非金属地雷的探测及相关的研究； • 在此期间,阿波罗登月计划启动,研究人员认为月球表层物 资的电磁特性与冰相似,因而决定采用GPR 作为探测工具, 并针对性地设计了几种方案,最终由阿波罗17 号于1974年， 由Procello 携带GPR 在月球表面完成了实地勘测，用 GPR在月球表面上研究了土的结构； • 60 年代末期,丹麦与英国基于冰河调查的目的，研制了由 飞机搭载的GPR (机载GPR) ； • 但机载GPR 投入真正的商业运作始于1979 年,美国SRI International 用机载GPR 进行了为期七年的热带森林调 查。
GPR发展沿革（1980～1990年代）
• 在此期间日本OYO 公司开发了一种称作Geo-radar 的探地雷达,初步 取得了商业成功; • 加拿大A-Cubed 公司于1981 年成立并开始开发GPR ,随后于1988 年 创建了探头及软件公司(SSI) ,致力于pulseEKKO系列GPR的商业推广； • 80 年代初, GPR 开始用于道路和公共设施调查,并取得了初步成果,如 Ulriksen 在检测有沥青混凝土罩面的桥面板时,发现水泥混凝土的含氯 量的变化会导致反射波波幅的变化； • 从1984 年开始,前苏联开始研制机载GPR 用于地质和自然资源调查； • 美国环保部门开始调查和清理被污染的土地 ,GPR 成为高分辨率地下 测绘的工具,并且显示出巨大的商业价值； • 此外GPR 还首次应用于农业和考古； • 80 年代全数字化的GPR的问世,具有划时代的意义。数字化GPR 不仅 提供了大量数据存储的解决方案 ,增强了实时和现场数据处理的能力 , 为数据的深层次后处理带来方便 ,更重要的是 GPR 因此显露出更大的 潜力,应用领域得以向纵深拓展。
r
C为真空中电磁波传 播速度，C≈0.3m/ns； r为相对介电常数
用宽角法确定速度：
v ( D xD) /(t t )
2 2 2 2 1
式中，D为天线两 侧移动距离； t1 为 天线移动前电磁 波单程进行时间； t2 为天线移动后电 磁波单程进行时 间
宽角法（共中心点法）。其目的主要是获取地下介质中 传播速度，测试时保持两天线中心点位置不变，反向等 距离移动发射天线和接收天线。 此法一般用于地 下介质均匀且水 平的检测场合， 方可获得较好的 效果。
ˆ(t ) F ( x ˆ()) F ( x() H ()) x
时间域滤波 设滤波器的特性为为H（），其逆变换为h(t)，h(t)为滤波器的 时间特性，如果输入为x(t)，则滤波后输出的为：
ˆ (t ) x
h( ) x(t )d
时间域滤波在过去也叫“褶积”。 频率域滤波从滤波的振幅H()中可以直接观看信号 的频率成份。 褶积滤波通常用单位脉冲通过滤波器，观看响应脉 冲特征来表示， GPR 的 x(t) 可分解为时间、极性、 幅度各不相同的脉冲序列，按照时间顺序，依次通 过滤波器，于是滤波器的输出端就得到输入的脉冲 序列脉冲响应，x(t)的褶积就是这些脉冲的叠加。
第五章 探地雷达技术在地基基 础工程中的应用
§1
概述
瑞典地质公司（SGAB)的RAMAC系列
探地雷达也称作透地雷达（ Ground Penetration Radar ）或地 下界面雷达（Subsurface Interface Radar）。 是一种对地下的或物体内 不可见的目标或界面进行 定位的电磁波技术。 A.分辨率高；
剖面法的测量结果： GPR的时间剖面来表达
横坐标：天线在地表的位置 纵坐标：反射波在双程走时， 表示脉冲从发射天线出发经 过地下界面发射回接收天线 所需要的时间。 由于噪声过大，解决办法 （1）不同的天线距离 （2）在相同测点位置进行叠加
§5 GPR现场检测技术
检测深度：如果对象赋存深度>GPR探测距离的50％ 得不到有效的检测结果 被检测对象的导电率和介 电常数，将影响反射波能 量及其散射波性态的识别。 对于岩石检测，围岩的不均匀性态 应该限制在一定的范围内，以免检 测对象的响应被淹没在围岩性态变 化之中而无法识别。
GPR发展沿革（1956～1965年代）
• 50 年代末期,一架美国空军飞机准备在格陵兰 冰面上降落时,雷达高度表指示有误,导致飞机坠 毁。这一事件后,人们深刻认识到电磁波穿透冰层 的能力,出现了用电磁波探测冰山的研究热潮,诸多 极地考察队应运而生,获取了很多新发现； • 1963年，Evans S用GPR测量了极地冰层的厚度； • Unbterberger 等 探 测 了 冰 川 和 冰 山 的 厚 度 ， Annan A P做了大量的理论及试验研究；