RIS 地质雷达

RIS探地雷达

一、概述

博泰克RIS探地雷达在兼具了传统探地雷达各项优点的同时，增添了高灵敏度、高分辨率的天线阵，使浅层和深层探测一次完成，实现了三维立体探测，大大提高了工作效率，具有数据采集完整、快速、低误差等特点。适用于公路路面、隧道衬砌质量的检测、桥梁结构检测、路基检测、管线探测、岩性分析和条件恶劣场地的应用。

使用博泰克RIS天线阵雷达进行公路和隧道检测如图8-1所示。

图8-1 RIS探地雷达

二、RIS K2主机技术参数

1、扫描速度： 850扫/秒

2、脉冲重复频率：400KHz

3、时窗： 9999 nsec

4、采样点数： 128-8192

5、叠加数： 1-32768

6、分辨率： 5psec

7、工作温度：－10～50℃

8、A/D转换： 16bit

9、工作环境标准： IP65

10、动态范围： >160dB

11、信噪比： >160dB

12、可连接8对天线同时测量

13、尺寸：22x17x5.5cm，重量：1.2kg

现场测量开始前应该对雷达的采集参数进行设定，这一工作最好在进入现场前在室内完成，进入现场后可根据情况略加调整。参数设定的内容包括时间窗口大小、扫描样点数、每秒扫描数、Ａ／Ｄ转换位数、增益点数等内容。参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，至关重要。

★探测深度与时窗长度

探测深度的选取是头等重要的，既不要选得太小丢掉重要数据，也不要选得太大降低垂向分辨率。一般选取探测深度H为目标深度的1.5倍。根据探测深度H和介电常数ε确定采样时窗长度（Range/ns）：

Range= 2H(ε)1/2/0.3(ns)= 6.6 H(ε)1/2(ns)

例如对于地层岩性为含水砂层时，介电常数为25，探测深度为3m时，时窗长度应

选为100ns，时窗选择略有富余，宁大勿小。

★A/D采样分辨率：

雷达的A/D转换有8Bit、16Bit、24Bit可供选用。选择24Bit动态大，强弱反射

信号都能记录下来，探测深度大、时窗长时采用。16Bit，动态中等，中高频天线、探测2-5m时采用；选择8Bit动态小，采集速度快，探测深度小于1m、时窗小时采用；

★扫描样点数

扫描样点数Samples/Scan有128、256、512、1024、2048/scan可供选用，为保证

高的垂向分辨，在容许的情况下尽量选大。对于不同的天线频率F

、不同的时窗

a

长度Range，选择样点数Samples应满足下列关系：

Samples≧10-8*Range*F

a

该关系保证在使用的频率下一个波形有10个采样点。例如对于900MHZ天线，40ns采样长度的时窗，要求每扫描道样点数大于360Sanples/Scan，可以选择接近的值512。对于100MHZ天线，500ns采样长度，样点数应大于500Sanples/ Scan,可以取512或1024。样点数大对提高资料的质量有利，但耗时较大，影响前进速度。

★扫描速率Scans/S：

扫描速率是定义每秒钟雷达采集多少扫描线记录，扫描速率大时采集密集，天线的

移动速度可增大，因而可以尽可能的选大。但是它受仪器能力的限制。对于一种类型的雷达，他的A/D采样位数、扫描样点数和扫描速度三者的乘积应为常数。当扫描速率Scans/s决定后，要认真估算天线移动速度TV。估算移动速度的原则是要保证最小探测目标（SOB）内只少有20条扫描线记录：

TV≦Scans*SOB/20

采集速度=（1/天线数量）*道间距/（脉冲间隔时间+采样点数/A/D转换速度）

在上式中，天线数量一般为连接的天线数量，Fastwave的脉冲间隔时间为100毫秒，K2和SRS的脉冲间隔时间为270毫秒。A/D转换速度为采集电子的速度，Fastwave主机的为400KHz，SRS为200KHz，K2为133KHz。

例如探测目标最小尺度为10cm、扫描速率64Scans/s时,推算天线运动速度应小于32cm/s，相当于0.5cm/scan。如果最小目标为0.5m,则天线移动速度可达1.5m/s。

★增益点数的选择：

增益点的作用是使记录线上不同时段有不同放大倍数，使各段的信号都能清楚的显

现出来，增益点的位置最好是在反射信号出现的时段附近。SIR型雷达设计的增益点从2到8个，时窗短时选2点增益，时窗长时选4或5足以。点之间的增益是线性变化的，增益的变化是平滑的。增益大小的调节是使多数反射信号强度达到满度的60%-70%，增益太大将造成削顶，增益太小将丢失弱小信号。

★滤波设置：

滤波设置是为了改善记录质量。滤波分垂向滤波和水平滤波。垂向滤波分高通和低通，高通频率选为天线频率的1/6，高于这个频率的信号顺利通过，相当于带通滤波器里的低截频率。垂向低通频率选为天线频率的2倍，低于该频率的波顺利通过，相当于带通滤波器里的高截频率。

水平滤波分水平平滑和背景剔除，目的是消除仪器和环境的背景干扰。水平平滑通常取3道平滑，背景剔除功能只在回放时起作用。

★选择合适的采集方式：

雷达的采集方式有多种，对RIS仪器有连续采集、逐点采集、控制轮采集。连续采集是最常用的采集方式，具有工作效率高的特点，便于界面连续追踪。逐点采集一般在表面起伏变化大的情况下采用，或是使用低频拉杆天线时采用。控制轮采集是通过控制论行走为记录打标记，资料位置标记均匀准确，一般在表面平整的机场跑道、高速公路路面等场合采用。

★选择适宜的显示方式：

雷达显示是现场观察探测结果的只管展示，仪器预设了几个可供选择的彩色显示方式，可以根据不同对象选用，通过比较选择效果最好的方案。显示方案的振幅分成16等级，正幅值8级，负值8级。对16级的不同分法形成了三种显示方案。第一种方案是线性分割，第二种方案是平方根分割，第三种方案是按平方分割。第一种方案在大多数情况下采用，第二种方案在要求突出弱信号时采用，第三种方案在需要反映主要强反射界面时采用。

★正常数据采集工作程序

正常数据采集工作中并非每次都需要对所有仪器参数进行重新设置。雷达仪器有记忆，上次设定的采集参数仍在起作用。同时硬盘上存有不同天线对应的参数文件，可以根据需要调用。如果某些参数需要修改，可以调出来修改。应该特别注意下列几点：

a核定采样窗口长度；

b.核定增益点设置；

c.确定采集时硬盘写打开；