黄金部队探地雷达方法技术资料

(2 4)
• 从(2-4)式可见，叠加后的频谱与自激 自收一次反射波信号频谱的区别在于 增加了一个因子
n
K ( j) exp( jtdk )，其模 k 1
n
n
K () K ( j) ( costdk )2 ( sin tdk )2
k 1
k 1
(2 5)
• 为了表示叠加后的多次波相对于一次波的 压制程度，用叠加后多次波的振幅与一次 波振幅之比P()来衡量叠加效果，得到
1. 剖面法 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(图 2.1)。
T
X
R
ZV
2.1 雷达反射探测原理图
地面
T1 R1
T4 R4
T7 R7
基岩
双 程 时 间
t
目的体
点位(m)
b
2.2 雷达剖面法测量记录示意图
剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖 面图像来表示。见图2.2
• 多次波的反射按一次反射作正常时 差校正后，多次波的剩余时差为
td
x2 2t0
1 ( vd2
1 ) qx 2 v2
(2 2)
• 其中v为地层的电磁波速度，vd则是 多次反射波在地层中的视速度。
• 剩余时差系数：
q 1 (1 1) 2t0 vd2 v 2
• 由(2-2)式可知，剩余时差与天线 距x有关。
• 原则上,不同于一次反射波的各种规则干 扰波，都有自己的正常时差公式，甚至 一次反射波的正常时差公式在水平界面 和倾斜界面情况下也不相同。所以，当 一律采用水平层状一次反射波的正常时 差公式进行动校正后，除了水平层状一 次波外,
• 其他类型的波，因为其波至时间 一般不等于回声反射时间，所以 仍有一定量的时差，我们把这种 经过正常时差校正后残留的时差 叫做剩余时差td
(2 1)
图2.2 共深度点时距曲线
• 于是通过共深点的时距曲线，可把不同
天线距 (亦称偏移距)的双程走时减去一
个校正值ti使其与零源距双程走时 t0(t0=2h/v)一致。经过偏移距校正后的 记录进行叠加后的结果，使来自地层界
面的反射信号增强了(见书中图2.3)。
图2.3 动校正前后叠加的不同效果
P() 1
n
n
n
( costdk )2 ( sin tdk )2
k 1
k 1
• 引进单位叠加参数a,令
K x,k
a
tdk
T
(2 7)
(2 6)
• 其中：
Kx,k
xk2 x2
[ x1 x
(k
1) 2d ]2 x
[ (k
1)2v]2
(2 8)
P(a) 1
n
n
n
( cos2Kx,k a)2 ( sin 2Kx,k a)2
该图像的横坐标记录了天线在地表的位 置;纵坐标为反射波双程走时，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起伏变化。
探地雷达剖面法按记录方式不同，还分 为点测和连续测量，
见插图1：点测方式
和插图2：连续测量方式
2.宽角法（共中心点法） • 当一个天线固定在地面某一点上不
• 同一测点使用不同天线距的测量结 果进行叠加前，需要把不同天线距 的信号双程走时校正到零源距的双 程走时才可进行叠加，这种校正称 为时差校正。
假设地下界面为水平时，把天线距x作 横坐标，以反射波的双程走时t为纵坐 标，可绘制来自反射点A的时距曲线 (书中的图2.2)。曲线方程为
ti
1 v
4h2 xi2
k 1
k 1
(2 9)
• 以n、、为参数，以a为自变量， 可按公式(2-9)计算出叠加效果。
• 图2.4为n=4、=3、=12的条件 下叠加振幅特性曲线。曲线上P(a) 的低值区称为多次波的压制带。
公式 图 2.6 共中心点雷达图象
地表直达波
反射波1
空气直达波
平方坐标系中 的地表直达波
平方坐标系 中的反射波1
平方坐标系 的空气直达
平方坐标 系中的反
射波2
反射波2 图2.6 走时曲线
3.多次覆盖
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重复 测量。然后把来自同一反射点的雷达 记录叠加，这种记录能增强对深部地 下介质的分辨能力。
• 地表直达波可看成是D=0时的反射波。 式(2-1)表示，当地层电磁波速度不变时， t2 与x2成线性关系，亦即若以x2为纵坐 标，t2为横坐标，则宽角法所得的共深 度点反射波走时线为直线,见图2.6。
•
图2.5 宽角法测量方式
ຫໍສະໝຸດ Baidu
图2.5 宽角法（共中心点法）观测方式
直达地面波
直达空气波
求取 速度=直达地面波（地表波）斜率的倒数 速度
探地雷达观测方式 反射波测量方式 剖面法 宽角法 多次覆盖 折射波测量方式
• 返回
• 探地雷达采用高频电磁波中的形式进行 地下探测。因而其运动学规律与地震勘探 方法类似。地震勘探方法的数据采集方式 也被借鉴到探地雷达方法的野外测量。其 中包括反射、折射的测量方式。
• 目前用的双天线探地雷达测量方式主要 有:剖面法、宽角法和多次覆盖法（共中 心点法）。
• 下面探讨利用不同天线距资料进行多 次叠加压制多次反射波的效果。
• 设地下某反射点到达地面共中心点 M处的一次反射信号为f(t)，其对应 频谱为g( j)。几个不同天线距的信 号进行正常时差校正后进行叠加。 对一次反射波来说，叠加后的输出
n
F (t) f (t) nf (t) k 1
• 即等于几个自激自收信号之和，其对应 的频谱
动，而另一个天线沿测线移动，记录地 下各个不同层面反射波的双程走时，这 种测量方法称为宽角法 (见图2.5)。
• 宽角法测量的目的主要是用来求取地 下介质的电磁波传播速度。
• 地下深度为D的地下水平界面的反射波 双程走时t满足
t2
x2 v2
4D2 v2
(2.1)
• 式中x为发射天线与接收天线之间的距 离,D(z)为反射界面的深度;v为电磁波的 传播速度。
n
G( j) g( j) ng( j) k 1
• 但是，对于多次反射，经正常时差 校正后仍有剩余时差，与天线距有 关。不同天线距叠加后的输出信号 为
n
Fd (t) f (t tdk ) k 1
(2 3)
• 其对应的频谱是
n
Gd ( j) g( j) exp( jtdk ) k 1