探地雷达技术与应用PPT课件

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二、探地雷达应用
•桥梁检测：
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二、探地雷达应用
•地基检测
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二、探地雷达应用
•高速公路、机场质量检测及地基检测：
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二、探地雷达应用
•高速公路、机场质量检测及地基检测：
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二、探地雷达应用
•城市地下管线探测：
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二、探地雷达应用
•管线探测的探地雷达图像：
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二、探地雷达应用
500-1000 26
三、探地雷达原理
3、基本概念：
➢介电常数：
•物质电磁特性：介电常数，磁导率，导电率；
•电磁阻抗不同导致电磁波反射； •对非磁性材料，磁导率是常数；此时介电常 数不同产生反射，导电率决定衰减；
电磁阻抗：
jw e jw
其中：
e "s
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三、探地雷达原理
•探地雷达探测中常见物质的电参数：
•建筑物质量检测，公路检测：
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二、探地雷达应用
•探测地雷：
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二、探地雷达应用
•探测雷场：
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二、探地雷达应用
•地质勘查：
左图：大同某隧道地裂缝勘探
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二、探地雷达应用
•地质勘查：
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二、探地雷达应用
月 球 探 测
.
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二、探地雷达应用
北极冰下水流线探测（1975年）：
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.
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三、探地雷达原理
•电磁参数不同导致反射：
.
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三、探地雷达原理
➢探地雷达距离分辨率：
•探地雷达距离分辨率取决于信号带宽；
R v 2B
➢探地雷达方位分辨率：
•探地雷达方位分辨率取决于天线孔径； •天线孔径：合成孔径；实孔径；
.Hale Waihona Puke Baidu
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三、探地雷达原理
➢探地雷达数据格式：
天线 x
y
幅度
空气-地面 目标 t
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三、探地雷达原理
2、探地雷达体制：
探地雷达
时域
频域
幅度调制 （单周波）
无载波 脉冲
步进 变频
伪随机 线性调频 步进 Chirp
噪声
连续波 Chirp
.
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三、探地雷达原理
➢目前成熟的商用GPR系统：
型号 SIR-10 SIR-2000 Pulse Ekko 100 Pulse Ekko 1000 Noggin 250 Noggin 500 Ramac KSD-21 GZ6 Zond 12c GeoRadar 1000B SPRscan
介质的结构；
•从1930年起探地雷达获得迅速发展并被应用到各
行各业。
•上个世纪七十年代，开始展开对频域探地雷达的
研究。
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➢国外探地雷达类型：
•下视探地雷达（人拖或车载）； •前视探地雷达；
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6
➢国外探地雷达类型：
•侧视探地雷达； •机载探地雷达；
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二、探地雷达应用
➢探地雷达应用领域综述：
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二、探地雷达应用
考古探测：
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二、探地雷达应用
•其它应用：
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三、探地雷达原理
➢1、特殊性（与机载雷达相比）： •目标不动； •两层介质；其中一层介质（土壤）是有耗、不均匀、色散； •空气－地界面的存在导致很强的地表杂波； •目标处于天线近场；
发射机
数据采样
数据处理
发射天线
接收天线
.埋藏目标
探地雷达技术
报告人：周正欧，教授、博导
.
1
内容简介
➢探地雷达：Ground-Penetrating Radar (GPR)；Ground-Probing
Radar (GPR) ; Subsurface-Penetrating Radar (SPR)
• 探地雷达研究动态； • 探地雷达应用； • 探地雷达原理； • 探地雷达基本概念； • 信号处理方法；
制造商 GSSI,USA GSSI,USA Sensors & Software Inc. Sensors & Software Inc. Sensors & Software Inc. Sensors & Software Inc. Mala GeoScience,Sweden Koden,Japan GeoZondas Ltd,Lithuanian Radar Systems,Latvia GeoRadar,USA
t 天线
x
x 空气-地面
目标
x
y ti
t
t
t
(a)
(b)
.
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三、探地雷达原理
➢双曲线的形成：
Position Along Track
1
2
3
4
5
6
7
8
Air Layer 2 Target
d (xi x0)2z02
Depth [inches]
3 0 -3 -6 -9 -12 -15
-0.5
0
0.5
1
.
2
一、探地雷达研究动态
1、国内研究动态：
电子科技大学1986开展雷达探测地雷的研究，对埋 地30多公分深的塑料地雷（直径约30cm）进行了较清 晰的剖面成像，获1987年电子工业部科技进步二等奖。
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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3
一、探地雷达研究动态
电
子
科
技
大
学
研
制
的
探
地
雷
达
样
机
.
4
一、探地雷达研究动态
1、国外研究动态：
•1904年，德国的Hulsmeyer首次采用电磁波探测地
下的金属物体；
•1910年Leimbach和Lowy在德国首次获得关于利用
电磁波对埋藏物体进行定位的专利；
•在1926年Hulsenbech第一次使用脉冲技术探测埋藏
.
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四、探地雷达系统
➢探地雷达天线：
•超宽带； 超宽带定义：相对带宽大于25％ ； •最大相对带宽200％； •浅地层探地雷达波形谱能量在几MHz到几GHz，相对 带宽接近200％； •可分为双站雷达和单站雷达；
Along Track [m]
.
j2f
r(x,t)e
(t02cd)
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四、探地雷达系统
➢探地雷达系统框图（以冲激雷达为例）：
时钟 定时电路 脉冲生成器
采样控制 时变增益 低噪声放大
采样保持电路
ADC
数据处理
显示
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四、探地雷达系统
探地雷达主要组成部分：
•发射机和接收机 •光纤电缆 •天线 •控制台 •笔记本电脑
ERA Technology, U.K
波形 Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse SFCW Impulse
频率，MHz 16-1500 16-1500 12.5-200 110-1200 125-375 250-750 25-1000 50-2000 200-4000 38-2000 100-1000