《地质雷达探测技术》

(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。
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天线 收发转换开关 发射机
发射的电磁波 目标 接收的电磁波 R
(1)
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
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。
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。
从好的低电导率土壤（石英沙）中得到的雷达剖面，）中得到的雷达剖面，信号的衰减非常大
②介电常数：是影响地质雷达应用效果的另一个重要因素，
高频电磁波在介质中的传播速度主要取决于介质的相对介电
常数，而反射信号的强弱取决于介电常数的差异，其还决定 了电磁波在介质中的”足印”（即电磁波在介质中的覆盖范
几个认识上的误区
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 (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
图1 地质雷达探测原理示意图
4hn x tn 2 2 vn vn
2
2
2
t 4z x
2
2
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；
测来说是头等重要的技术指标。
表1 典型介质的相对介电常数,电导率和电磁波速度
续表1 典型介质的相对介电常数,电导率和电磁波速度
三、雷达仪器介绍
国外 瑞典MALA公司的RAMAC/GPR雷达系列 美国GSSI公司的SIR系列雷达（ 美国劳雷公司代理销售） 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。
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。
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

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。 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。
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
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， 探测空中目标体。 Question：电磁波传播需要介质吗？
一般地质雷达都拥有多种频率的天线,通常把雷达所采用的天线的中心频 率称为探测频率，而其实际的工作频率范围是以探测频率为中心的频带， 探测频率主要影响探测的深度和分辨率。
当地质雷达工作在介电极限条件时，高频电磁波的衰减几乎不受探测频
率的影响。比如，电磁波在空气中传播，由于不存在传导电流，电磁波不 发生衰减。但实际上,由于大地电阻率一般都比较低，其工作条件达不到介 电极限条件。由于传导电流的存在，高频电磁波在传播过程中发生衰减， 其衰减的程度随电磁波频率的增加而增加。因此,在实际工作时，必须根 据目标体的探测深度选用合理的探测频率。 分辨率包括：探测的垂直分辨率和水平分辨率。水平分辨率对于工程探
r 为地下介质的相对介电常数。
第 2章
岩土介质电磁波传播原理
必须分析、掌握雷达工作的三个重要参数: （1）电导率 （2）介电常数 （3）探测频率
①环境电导率R：是表征介质导电能力的参数，它决定了电
磁波在介质中的穿透深度，其穿透深度随电导率的增加而减 小，并与土壤中的含水量有密切的关系。当R<10-7S/m,并满 足介电极限条件时，电磁波衰减小,最适宜发挥地质雷达应用 效果。
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
2.1 雷达回波中的可用信息
蝙蝠的回声定位与雷达：
3.2
SIR雷达介绍
SIR-20高速高精度多通道透视雷达
SIR-3000便携式透地雷达
3.2
SIR雷达介绍
100MHz
200MHz
400MHz
3.2
SIR雷达介绍
900MHz
1200MHz
3.2
SIR雷达介绍
3.2
SIR雷达介绍
3.3

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.
围）。
如上图可见，相对介电常数与含水量成正比。
雷达的探测范围与相对介电常数有直接的关系,相对介电常数和”足印”（即 探测的覆盖范围）的关系为：
由此可见，我们用雷达探测时得到信息并不仅仅是天线正下方物体的反射。
③探测频率：不但是制约探测深度的一个关键因素，同时也
决定了探测的分辨率；探测频率越高，探测深度越浅，探测 的垂直分辨率和水平分辨率越高。
3.1
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
3.1
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
3.1
瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）
3.1
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 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
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;