地质雷达探测技术
合集下载
相关主题
- 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)。
2.1 雷达回波中的可用信息
蝙蝠的回声定位与雷达：
蝙蝠在飞行时,不断从喉咙中发出2～10万赫兹的超声波脉 冲,声波碰到障碍物后被反射回来,蝙蝠再用耳朵接受回声,就可 以判断前边物体的大小,方向和距离。科学家根据蝙蝠发出超声 波探测目标的“回波原理”发明了雷达,用以及时探测飞机的方 位和距离。
❖ 2.2 雷达的基本组成
第一部分 雷达简介
❖ 了解雷达的概况 ❖ 了解雷达的定义与发展 ❖ 了解雷达的作用
1.什么是雷达？
雷达: ——Radar —— Radio detection and
ranging —— 无线电探测和测距。
定义： 雷达是一种通过发射电磁
波和接收回波，对目标进行探 测和测定目标信息的设备。
雷达最初是用于军事目的，
(2) 需要全频段、全空域的隐身能力—— 不但在技术上无法实现，实际上也是没有必要的。 只要抓住主要矛盾，避开不利的使用环境，就可 以用较小的代价获得较高的效益
(3) 隐身措施都是采用最先进的技术
隐身技术的发展
❖ 一战时，德国空军曾用透明材料制造过飞机，使地面人员难以发 现它们
❖ 雷达发明以后——1945年美国研制出一种吸收雷达波的涂料，代 号为MX-40，据说使用效果很好
❖ 1954年——U-2，设计时考虑了隐身，如在机身上涂满黑色的可降 低雷达波散射程度的“铁漆”涂料
❖ SR-71——翼身融合、双垂尾内倾、大后掠边条翼和三角翼，机身 表面喷涂 “铁漆”，并用了许多专门研制的特殊材料和涂层
❖ B-1B——蛇形进气道，内装两个加热导流片。新改进的机头雷达 罩上、机翼前缘天线罩、翼根整流罩、机翼后缘、高升力装置和 尾翼上都涂有雷达波吸收材料；座舱挡风玻璃上采用真空电子镀 膜层；头部、机身和平尾侧面涂有雷达波吸波材料；头部和后部 雷达天线安装隔框做成倾斜式的；在整体设计上采用翼身融合体 结构
探测空中目标体。
Question：电磁波传播需要介质吗？
机械波需要吗呢？
❖ 电磁波
变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 随机热运动，所有物体都辐射电磁波能量，包括：无线
电波、光、热辐射 波长不同 雷达辐射的电磁波： 强电流激励调谐回路，向空间传播交变的电磁能量，高
频正弦波
2 雷 达 的 原理
对地下雷达探测目标的解释,离不开必要的地 质理论和地质工程知识，更确切地说，探测地下 目标的雷达系统应称为“地质雷达系统 ”(Geologic radar system)。
❖ L波段（1－2GHz） ❖ S波段（2－4GHz）
中距离的警戒雷达（S波段的低端）和跟踪雷 达（S波段的高端）均可使用 受天气影响明显，可用作气象雷达 ❖ C波段（4－8GHz） 常用于武器制导和导航 中程气象雷达可以采用此波段
❖ X波段（8－12GHz） 跟踪雷达和民用雷达的常用波段 雷达体积小，重量轻，波瓣窄，适于移动。 如下大雨将被大大削弱。
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。
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率宽频带电磁波，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。
❖ 本质：分析设计对象的目标特征信号并加以控制， 降低或改变目标的特征信号，使之相对敌方的侦查 系统成为难以探测目标。
❖ 目标的特征信号：是一个广泛的概念，包括视觉、 听觉、红外、无线电等等，因此也就有针对各种不 同探测手段的隐身技术。
几个认识上的误区
(1) 隐身是完全“看不见”—— 隐身技术只是缩短探测器的有效作用距离，以达到 有效压缩敌方反应时间，增加自身在战场上的生 存能力和作战能力
15/101
发射 机 噪声
天线 收发 转换开关
发射 的电磁波
接收 机 信号 处理机
显示 器
接收 的电磁波 R
目标
14/101
雷达的原理及其基本组成
3 雷达的工作频率
❖ 高频（HF，3－30MHz） ❖ 甚高频（VHF，30－300MHz）
20世纪30年代的雷达大多工作在这个频段
❖ 特高频（UHF，300－3000MHz） 在很多情况下，在特高频雷达也适用于超高频 雷达
❖ Ku，K和Ka波段（12－40GHz） 作用距离短，高分辨率 此波段高频器件能产生的功率不大。
❖ 毫米波波段（40－300GHz） 目前为止，没有运行在Ku波段以上的雷达， 毫米波雷达之适用于无大气衰减或者近程 中。
电磁波谱
频段总结
4 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ身技术
❖ 在武器系统研制过程中设法降低其可探测性，使之 不易被敌方发现、跟踪和攻击，从而提高武器系统 的生存能力和作战效率。
❖ 发射机 ❖ 天线 ❖ 接收机 ❖ 数据采集 ❖ 显示 ❖ 信号处理 ❖ 控制系统 ❖ 通讯系统
雷达基本工作原理：
▪ (1)由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再由天 线将此电磁能定向辐射于大气中; ▪ (2)电磁能在大气中以光速(约3×108m/s)传播, 如果目标恰好位于定 向天线的波束内, 则它将要截取一部分电磁能; ▪ (3)目标将被截取的电磁能向各方向散射, 其中部分散射的能量朝向 雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后, 就经传输线 和收发开关馈给接收机; ▪ (4)接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息, 并 将结果送至终端显示。
蝙蝠的回声定位与雷达：
蝙蝠在飞行时,不断从喉咙中发出2～10万赫兹的超声波脉 冲,声波碰到障碍物后被反射回来,蝙蝠再用耳朵接受回声,就可 以判断前边物体的大小,方向和距离。科学家根据蝙蝠发出超声 波探测目标的“回波原理”发明了雷达,用以及时探测飞机的方 位和距离。
❖ 2.2 雷达的基本组成
第一部分 雷达简介
❖ 了解雷达的概况 ❖ 了解雷达的定义与发展 ❖ 了解雷达的作用
1.什么是雷达？
雷达: ——Radar —— Radio detection and
ranging —— 无线电探测和测距。
定义： 雷达是一种通过发射电磁
波和接收回波，对目标进行探 测和测定目标信息的设备。
雷达最初是用于军事目的，
(2) 需要全频段、全空域的隐身能力—— 不但在技术上无法实现，实际上也是没有必要的。 只要抓住主要矛盾，避开不利的使用环境，就可 以用较小的代价获得较高的效益
(3) 隐身措施都是采用最先进的技术
隐身技术的发展
❖ 一战时，德国空军曾用透明材料制造过飞机，使地面人员难以发 现它们
❖ 雷达发明以后——1945年美国研制出一种吸收雷达波的涂料，代 号为MX-40，据说使用效果很好
❖ 1954年——U-2，设计时考虑了隐身，如在机身上涂满黑色的可降 低雷达波散射程度的“铁漆”涂料
❖ SR-71——翼身融合、双垂尾内倾、大后掠边条翼和三角翼，机身 表面喷涂 “铁漆”，并用了许多专门研制的特殊材料和涂层
❖ B-1B——蛇形进气道，内装两个加热导流片。新改进的机头雷达 罩上、机翼前缘天线罩、翼根整流罩、机翼后缘、高升力装置和 尾翼上都涂有雷达波吸收材料；座舱挡风玻璃上采用真空电子镀 膜层；头部、机身和平尾侧面涂有雷达波吸波材料；头部和后部 雷达天线安装隔框做成倾斜式的；在整体设计上采用翼身融合体 结构
探测空中目标体。
Question：电磁波传播需要介质吗？
机械波需要吗呢？
❖ 电磁波
变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 随机热运动，所有物体都辐射电磁波能量，包括：无线
电波、光、热辐射 波长不同 雷达辐射的电磁波： 强电流激励调谐回路，向空间传播交变的电磁能量，高
频正弦波
2 雷 达 的 原理
对地下雷达探测目标的解释,离不开必要的地 质理论和地质工程知识，更确切地说，探测地下 目标的雷达系统应称为“地质雷达系统 ”(Geologic radar system)。
❖ L波段（1－2GHz） ❖ S波段（2－4GHz）
中距离的警戒雷达（S波段的低端）和跟踪雷 达（S波段的高端）均可使用 受天气影响明显，可用作气象雷达 ❖ C波段（4－8GHz） 常用于武器制导和导航 中程气象雷达可以采用此波段
❖ X波段（8－12GHz） 跟踪雷达和民用雷达的常用波段 雷达体积小，重量轻，波瓣窄，适于移动。 如下大雨将被大大削弱。
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。
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率宽频带电磁波，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。
❖ 本质：分析设计对象的目标特征信号并加以控制， 降低或改变目标的特征信号，使之相对敌方的侦查 系统成为难以探测目标。
❖ 目标的特征信号：是一个广泛的概念，包括视觉、 听觉、红外、无线电等等，因此也就有针对各种不 同探测手段的隐身技术。
几个认识上的误区
(1) 隐身是完全“看不见”—— 隐身技术只是缩短探测器的有效作用距离，以达到 有效压缩敌方反应时间，增加自身在战场上的生 存能力和作战能力
15/101
发射 机 噪声
天线 收发 转换开关
发射 的电磁波
接收 机 信号 处理机
显示 器
接收 的电磁波 R
目标
14/101
雷达的原理及其基本组成
3 雷达的工作频率
❖ 高频（HF，3－30MHz） ❖ 甚高频（VHF，30－300MHz）
20世纪30年代的雷达大多工作在这个频段
❖ 特高频（UHF，300－3000MHz） 在很多情况下，在特高频雷达也适用于超高频 雷达
❖ Ku，K和Ka波段（12－40GHz） 作用距离短，高分辨率 此波段高频器件能产生的功率不大。
❖ 毫米波波段（40－300GHz） 目前为止，没有运行在Ku波段以上的雷达， 毫米波雷达之适用于无大气衰减或者近程 中。
电磁波谱
频段总结
4 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ身技术
❖ 在武器系统研制过程中设法降低其可探测性，使之 不易被敌方发现、跟踪和攻击，从而提高武器系统 的生存能力和作战效率。
❖ 发射机 ❖ 天线 ❖ 接收机 ❖ 数据采集 ❖ 显示 ❖ 信号处理 ❖ 控制系统 ❖ 通讯系统
雷达基本工作原理：
▪ (1)由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再由天 线将此电磁能定向辐射于大气中; ▪ (2)电磁能在大气中以光速(约3×108m/s)传播, 如果目标恰好位于定 向天线的波束内, 则它将要截取一部分电磁能; ▪ (3)目标将被截取的电磁能向各方向散射, 其中部分散射的能量朝向 雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后, 就经传输线 和收发开关馈给接收机; ▪ (4)接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息, 并 将结果送至终端显示。