畢業(yè)設(shè)計----地質(zhì)雷達在工程檢測中的應(yīng)用

1、<p>　　題 目：地質(zhì)雷達在工程檢測</p><p><b>　　中的應(yīng)用</b></p><p>　　專 業(yè)：土木工程(道路與橋梁)</p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>

2、;　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　學(xué)習(xí)中心： 信息產(chǎn)業(yè)學(xué)院 </p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　開題日期：2010年07月30日 完成日期：2010年 11月 20日</p><p>　　題 目 地質(zhì)雷達在工程檢測中的應(yīng)用

3、 </p><p>　　題目類型：工程設(shè)計 技術(shù)專題研究√ 理論研究 軟硬件產(chǎn)品開發(fā)</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p>　　1、題目：論文題目一定要簡短、明確、有概括性。 </p&g

4、t;<p>　　2、目錄：反映畢業(yè)設(shè)計的梗概。 </p><p>　　3、摘要：論文摘要概述本設(shè)計主要內(nèi)容、特點，文字要簡練。摘要不少于400字。</p><p>　　關(guān)鍵詞3—5個。必須將中文摘要翻譯成英文摘要。 </p>&l

5、t;p>　　4、正文：正文是對設(shè)計工作的詳細表述，一般由標題、文字、圖、表格和公式等部</p><p>　　分組成。正文字數(shù)1萬字以上。 </p><p>　　5、參考文獻及附錄：列出主要參考文獻。參考文獻不少于10篇。 </p><p>　　應(yīng)

6、完成的硬件或軟件實驗</p><p>　　1、地質(zhì)雷達儀在隧道檢測中的測線布置 </p><p>　　2、地質(zhì)雷達儀在隧道檢測中的數(shù)據(jù)采集 </p><p>　　3、地質(zhì)雷達儀在隧道檢測中的數(shù)據(jù)整理

7、 </p><p>　　4、地質(zhì)雷達儀在隧道檢測中的數(shù)據(jù)分析 </p><p>　　應(yīng)交出的設(shè)計文件及實物（包括設(shè)計論文、程序清單或磁盤、實驗裝置或產(chǎn)品等）</p><p>　　1、畢業(yè)設(shè)計文件

8、 </p><p>　　指導(dǎo)教師提供的設(shè)計資料</p><p>　　1、電子稿件和電子圖書 </p><p>　　2、畢業(yè)設(shè)計規(guī)范及范本

9、 </p><p>　　要求學(xué)生搜集的技術(shù)資料（指出搜集資料的技術(shù)領(lǐng)域）</p><p>　　1、工程雷達檢測的相關(guān)基礎(chǔ)知識 </p><p>　　

10、2、工程雷達檢測的相關(guān)規(guī)范 </p><p>　　3、工程雷達檢測技術(shù)的相關(guān)計算及圖形解析

11、 </p><p>　　4、工程雷達檢測儀器的使用及操作等知識 </p><p><b>　　設(shè)計進度安排</b></p><p>　　第一部分　熟練課題，

12、收集、整理課題相關(guān)資料　 （2周）</p><p>　　第二部分　熟練掌握相關(guān)知識及操作過程，完成畢業(yè)設(shè)計初稿 （4周）</p><p>　　第三部分　畢業(yè)設(shè)計稿件整理匯編，最終完成畢業(yè)設(shè)計終稿 （4周）</p><p>　　評閱或答辯

13、 （ 周）</p><p>　　指導(dǎo)教師： 年 月 日</p><p><b>　　學(xué)院審查意見：</b></p><p>　　審 批 人： 年 月 日</p><p>

14、<b>　　摘 要</b></p><p>　　地質(zhì)雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）是利用超高頻寬頻帶（1MHz~1GHz）短脈沖電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法。地質(zhì)雷達采用一個天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，而另一個或多個天線用來接收來自地下介質(zhì)界面的反射波的方法來進行勘察工作的。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑，電磁場強度與波形將隨所通過

15、介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)而變化，因此，根據(jù)接收到波的雙程走時、幅度與波形資料，可以推斷介質(zhì)的分布和結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由于探地雷達的工作頻率很高，所以在介質(zhì)中傳播的高、寬頻電磁波很少頻散，傳播速度基本上由介質(zhì)的介電性決定（所謂頻散現(xiàn)象是指波在介質(zhì)中的傳播速度是頻率的函數(shù)，即速度隨頻率而變）。而且探地雷達由于工作頻率很高，所以其分辨率也相當(dāng)高。隨著頻率的提高，分辨率會提高，但是探測深度將會減少；隨著頻率的降低

16、，分辨率會降低，但探測深度將會增加。所以在實際應(yīng)用中，我們要選一個適當(dāng)頻率的天線很重要，以保證達到工程的要求并能取得良好的效果。</p><p>　　本文將從探地雷達的理論著手，介紹它的適用范圍，并結(jié)合本次在渝懷線一到十標段的實習(xí)過程探討儀器使用情況、測線布置、施測、資料的處理及解釋等問題。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 地質(zhì)雷達 介電常數(shù) 濾波 采樣率 </

17、p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　GPR (Ground Penetrating Radar, called GPR) is the use of ultra-high frequency wide band (1MHz ~ 1GHz) short-pulse electromagnetic wave detecting a subsu

18、rface distribution of geophysical methods. GPR antenna using a broadband high-frequency electromagnetic waves, and one or more antennas used to receive from the underground medium interface reflection method to carr

19、y out investigation work.Because electromagnetic waves in the medium spread, its path, the electromagnetic field strength and wavefor</p><p>　　As the operating frequency GPR high, so high transmission in the

20、 medium, very little dispersion of broadband electromagnetic waves, propagation velocity basically determines the dielectric medium (the so-called wave dispersion phenomenon is the propagation velocity in the medium 

21、;is a function of frequency, ie the speed with frequency change.) And ground penetrating radar as a result of high frequency, so the resolution is high. As the frequency increases, the resolution will increase,

22、 but the de</p><p>　　This paper will begin penetrating radar theory, introduced its scope, and with this line in Yuhuai bid of one to ten of the internship process equipment usage, survey line layout, sampli

23、ng, data processing and interpretation, etc. problem. </p><p>　　Key words: Ground penetrating radar Dielectric constant Filter Sampling rate </p><p>　　第1章 地質(zhì)雷達應(yīng)用與發(fā)展</p><

24、p>　　1.1 地質(zhì)雷達的應(yīng)用領(lǐng)域：</p><p>　　1.1.1工程場地勘察 </p><p>　　地質(zhì)雷達最早用于工程場地的勘查，包括重要工程場地、鐵路與公路路基，用以解決松散層分層和厚度分布，基巖風(fēng)化層分布，以及節(jié)理帶斷裂帶等問題。有時也用于研究地下水水位分布，普查地下溶洞、人工洞室等。但由于受自身原理等因素影響,其探測深度還目前還不能滿足大多數(shù)工程場地的勘察需要。</

25、p><p>　　1.1.2埋設(shè)物與考古探察</p><p>　　考古是地質(zhì)雷達應(yīng)較早的領(lǐng)域，利用雷達探測古建筑基礎(chǔ)、地下洞室、瓷器、金屬物品等，在國內(nèi)外有很多成功的例子，如意大利羅馬遺址考古、 中國三星堆、長江三峽庫區(qū)考古等項目都應(yīng)用了雷達技術(shù)。</p><p>　　1.1.3 工程質(zhì)量檢測</p><p>　　工程檢測近年應(yīng)用領(lǐng)域急速擴大，特別

26、是在中國的重要工程項目中，質(zhì)量檢測廣泛采用雷達技術(shù)。鐵路公路隧道襯砌、高速公路路面、機場跑道等工程結(jié)構(gòu)普遍采用地質(zhì)雷達檢測。用于檢測襯砌厚度、脫空和空洞、滲漏帶、回填欠實、圍巖擾動等問題。檢測厚度精度可達厘米級。由于雷達檢測具有分辯率高、數(shù)據(jù)采集方便快速、可信度高等優(yōu)點,因而其應(yīng)用也最廣,技術(shù)最成熟。</p><p>　　1.1.4 金屬礦化帶勘查</p><p>　　對于淺層的金屬礦化帶

27、、斷層蝕變帶以及掌子面附近的金屬礦化帶，可以用地質(zhì)雷達探測。礦化帶金屬及氧化物、硫化物富集，電磁性質(zhì)差異明顯，電磁波反射清晰，可為找礦體供參考。</p><p>　　1.1.5 隧道超前預(yù)報</p><p>　　為保證隧道施工中的人員、設(shè)備安全，保證工期和質(zhì)量，節(jié)約經(jīng)濟投資，需要進行隧道地質(zhì)超前預(yù)報。目前的超前預(yù)報主要是采用地震(TSP)、雷達探測與地質(zhì)研究相結(jié)合的辦法。TSP預(yù)報掌子面前

28、100m左右，地質(zhì)雷達預(yù)報20-30m范圍內(nèi)。</p><p>　　1.1.6 地下管網(wǎng)探測</p><p>　　在現(xiàn)今城市改造中，經(jīng)常需要了解地下管網(wǎng)，如電力管線、熱力管線、上下水管線、輸氣管線、通信電纜等，這對于地質(zhì)雷達是很容易的。不但可探測到水平位置分布，還可以確定其深度，得到三維分布圖。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外地質(zhì)雷達技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p

29、><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展和提高,同時為了滿足在工程中的巨大需求,地質(zhì)雷達技術(shù)在歐美地區(qū)很受重視，技術(shù)也日趨成熟,每年都召開國際討論會，同時由于國內(nèi)的實際需要，地質(zhì)雷達技術(shù)也取得了很大的發(fā)展。下面簡單介紹一下主要的雷達生產(chǎn)廠商和產(chǎn)品。</p><p>　　GSSI公司成立于1970年，1990年加入OYO集團，首先推出SIR-10型雷達，1994年推出SIR-20型雷達，上世紀末本世紀初

30、推出了SIR-20, 最近又推出體積更輕便小巧的SIR-3000。</p><p>　　美國PLUS RODAR公司的PLUS RODAR Ⅴ型路用雷達，采用空氣耦合雙及型天線，有250MHz，500MHz、1GHz、2GHz多種型號。同時可安裝4個不同頻率的天線，測量速度可達110km/h。</p><p>　　意大利意銳（IDS）公司生產(chǎn)的RIS-2K/MF雷達（北京博態(tài)克公司代理），

31、多通道雷達。IDS公司具有多年國防及衛(wèi)星雷達經(jīng)驗，民用始于20年前，意大利電信在安裝光纖前需探測地下目標，提出了極其嚴格的要求，IDS公司為此研制出RIS-2K/MF雷達系統(tǒng)。目前配置的天線的頻率有80、100、150、200、400、600、1200、1600MHz。</p><p>　　加拿大的Sensors&Software公司生產(chǎn)的Pulse EKKO系列地質(zhì)雷達在上世紀初就進入了中國(雷迪公司代

32、理)，早期產(chǎn)品為Pulse EKKO Ⅳ，接著有功能改進的Pulse EKKO 100。該儀器的特點是接收與數(shù)字采樣都放在天線中，通用光纖與筆記本電腦通訊，筆記本電腦作為記錄器，抗干擾性強。但聯(lián)線太多，野外使用不太方便。</p><p>　　瑞典生產(chǎn)地質(zhì)雷達較早，上世紀80年代中期，ABEM公司就生產(chǎn)井下透射雷達，到現(xiàn)在工程探測及檢測雷達及各類天線齊全。瑞典的MALA GEOSCIENCE公司，丹麥的依可-丹公司

33、，也都生產(chǎn)探地雷達。</p><p>　　國內(nèi)在上世紀80年代就開始地質(zhì)雷達的研究工作，主要是為了煤礦安全，重慶煤研所在很多煤礦進行了試驗，采用模擬信號、屏幕顯示技術(shù)，不是數(shù)字雷達。90年代初外國雷達進入中國后，電子部22所和航天部愛迪爾公司也先后開始數(shù)字化雷達的研制，分別推出了自己的產(chǎn)品。90年代末和本世紀初驕鵬公司與礦大研究生院也分別研制出自己的產(chǎn)品。</p><p>　　愛迪爾公司推

34、出的CIDRC道路檢測雷達，天線中心頻率750MHz、1000MHz、2000MHz,并配有層位追蹤軟件，適合公路路面測量。后有開發(fā)出CBS-900探地雷達一體化機，配有高頻、中頻和低頻天線，10MHz—2GHz系列。用于混凝土結(jié)構(gòu)、路面、工程場地等各種測量。</p><p>　　上世紀90年代中期，電子部青島22所原在河南新鄉(xiāng)時就研制出LTD-3型探地雷達，配有80MHz-1000MHz屏蔽型天線和25MHz-

35、2000MHz非屏蔽性天線，并配有分析軟件，用于混凝土結(jié)構(gòu)、路面、工程場地等各種測量。其軟件最早采用小波分析方法，效果很好。</p><p>　　驕鵬公司的GEOPEN型地質(zhì)雷達推出的比較晚，但一體化和造型設(shè)計在國內(nèi)是最好的。光纖傳輸，25MHz--400 MHz中低頻天線，250MHz-2000 MHz中高頻屏蔽天線。并有GRIM型井間雷達系統(tǒng)，一次可采集多頻信號，0.5-32MHz。</p>&

36、lt;p>　　第2章 地質(zhì)雷達基本原理</p><p>　　地質(zhì)雷達是一種采用高頻電磁波（中心頻率可從幾十兆赫至幾千兆赫）以寬頻帶短脈沖（脈沖寬度小至1～2ns）和高速采樣技術(shù)（采樣間隔可達小于1ns）的一種新型的物探方法，用于確定地下介質(zhì)分布。它利用一個天線發(fā)射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下介質(zhì)界面的電磁波。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度和波形隨所通過的介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)變化。因此，根據(jù)

37、接收到波的旅行時間、幅度與波形資料，可以推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達方法采用自激自收的天線和地層傾角不大時，反射波的全部路徑幾乎是垂直地面的。因此，在測線不同位置上法線反射時間的變化就反映了地下地層的構(gòu)造形態(tài)。同時由于探地雷達的工作頻率高，在地質(zhì)介質(zhì)中以位移電流為主。因此，高頻寬頻帶電磁波的傳播，實質(zhì)上很少頻散，速度基本上由介質(zhì)的介電性質(zhì)決定。因此，電磁波傳播理論與彈性波的傳播理論有許多類似的

38、地方，兩者的波動方程形式一致（波動方程中代表的物理意義不同）。電磁波的傳播遵循反射定律和折射定律，反射波返回地面由接收天線所接收，形成雷達圖象信息。</p><p>　　2.1 工程介質(zhì)中電磁波的傳播理論</p><p>　　電磁波是交變電場與磁場相互激發(fā)在空間傳播的波動。工程介質(zhì)中電磁波的傳播依然滿足麥克斯韋方程。為清楚地理解雷達檢測理論基礎(chǔ)，需要對介質(zhì)中的電磁場、電磁波的傳播、波速、

39、衰減、反射與折射的理論有一個基本的了解。</p><p>　　2.1.1 電磁場與電磁波的傳播方程</p><p>　　巖土、混凝土、鋼筋、鐵板、水、空氣等為常見的工程介質(zhì)，前兩者電導(dǎo)較小，中間兩者為良導(dǎo)體。在這些介質(zhì)中電磁波傳播的麥克斯韋方程為：</p><p><b>　　▽×E=-μHt’</b></p><

40、;p>　　▽×H=εEt’+σE</p><p><b>　　▽·E=0</b></p><p><b>　　▽·H=0</b></p><p>　　通常介質(zhì)的介電常數(shù)ε、磁導(dǎo)率μ都是電磁波頻率的函數(shù)。式中E為電場強度矢量，H為磁場強度矢量，σ為介質(zhì)的電導(dǎo)率。不失一般性，滿足上述麥克斯韋

41、方程的、沿X方向傳播的頻率為ω的平面電磁波，其電場強度與磁場強度的表達式為：</p><p>　　E(x,t)=Eoe-αx+i(βx-ωt)</p><p>　　H(x,t)=Hoe-αx+i(βx-ωt)</p><p>　　2.1.2 介質(zhì)中的電磁波速與能量衰減特性</p><p>　　描述電磁波傳播特性的波矢量k為復(fù)數(shù)：k=β+iα,

42、 β描述波傳播的相位，稱為相位常數(shù)；α描述波幅的衰減，稱為衰減常數(shù)，它們是介質(zhì)的性質(zhì)。相位常數(shù)與衰減常數(shù)與介質(zhì)電磁參數(shù)及頻率的關(guān)系如下：</p><p>　　β=ω（με）1/2[（（1+σ2/ω2ε2）1/2+1）/2]1/2</p><p>　　α=ω（με）1/2[（（1+σ2/ω2ε2）1/2-1）/2]1/2 </p><p>　　根據(jù)介質(zhì)的電磁性質(zhì)，分三

43、種情況對上式進行討論。</p><p>　　對于低電導(dǎo)介質(zhì)，滿足σ<10-7S/m，σ/εω《1，此時相位常數(shù)、衰減常數(shù)和電磁波速V為：</p><p>　　β=ω（με）1/2 </p><p>　　α=σ（μ/ε）1/2 </p><p>　　V=ω/β=（1/με）1/2</p><p>

44、;　　上式說明對于低電導(dǎo)介質(zhì)，電磁波速與介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的平方根成反比。對于非鐵磁性物質(zhì)，導(dǎo)磁率為1。衰減常數(shù)與電導(dǎo)率成正比，與介電常數(shù)的平方根成反比。說明電磁波能量的衰減主要是由于感生渦流損失引起的。</p><p>　　對于高電導(dǎo)介質(zhì)，滿足σ>10-2S/m，σ/εω»1，此時相位常數(shù)、衰減常數(shù)和電磁波速V為：</p><p>　　β=α=（σμω）1/2

45、 </p><p>　　V=ω/β=（ω/σμ）1/2</p><p>　　上式說明在高導(dǎo)介質(zhì)中，波速與頻率的平方根成正比，與電導(dǎo)率的平方根成反比，波速是頻率和電導(dǎo)率的函數(shù)，波速很低。如對于銅，電導(dǎo)率為5*107，在100MHZ時波速為3.5m/s；對于1GHZ的頻率，電磁波速為11m/s。這一速度與空氣及巖土介質(zhì)中的電磁波速相比，可以認為導(dǎo)體中的電磁波速為0。也就是說，在導(dǎo)體中電磁波很難

46、傳播。通常用波幅降至原值的1/e的傳播距離稱為穿透深度δ：</p><p>　　δ=1/α=（2/σμω）1/2</p><p>　　該式說明穿透深度與電導(dǎo)率和頻率的平方根成反比。在100MHz頻率下，對于銅的穿透深度僅為0.7*10-3cm，局限于表面。在空氣中電場與磁場的幅值是相等的，且兩者相位相同。而在導(dǎo)體中磁場強度比電場大，相位滯要后電場45°，這些都與感生電流有關(guān)。&l

47、t;/p><p>　?。é?ε）1/2|H/E|=（σ/ωε）1/2 》1</p><p>　　對于中等電導(dǎo)的介質(zhì)， 滿足 10-7S/m<σ<10-2S/m，對于100MHz-1.0GMHz頻段，</p><p>　　10-16<σ/ωε<10-11〈〈 1</p><p>　　電磁波的傳播條件依然很好，與低電導(dǎo)介質(zhì)基本

48、相同。</p><p>　　2.1.3 結(jié)構(gòu)介質(zhì)中電磁波的反射與折射</p><p>　　地質(zhì)雷達探測主要是通過記錄反射波來研究地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此深入研究電磁波在介質(zhì)界面的反射與折射規(guī)律是十分重要的。電磁波在界面上的反射與折射滿足如下邊界條件：</p><p>　　a. 界面兩側(cè)電場的切向分量連續(xù)：n×(E1-E2)=0</p><p

49、>　　界面兩側(cè)磁場的切向分量連續(xù)：n×(H1-H2)=0</p><p>　　圖2-1入射波在界面引起的反射與折射</p><p>　　入射波矢量與界面法線構(gòu)成了入射平面，可以證明，反射波矢量與折射波矢量在同一平面內(nèi)。根據(jù)Snell定律有，入射角等于反射角，折射角滿足正弦定理：</p><p>　　SinΘi/SinΘ2=V1/V2=(ε2/ε1)1

50、/2 （μ=1）</p><p>　　圖2-2給出投射波和反射波方向的Snell定律的圖形化說明</p><p>　　由于電磁波是橫波，電場強度可以垂直入射平面，磁場平行入射平面，稱為TE</p><p>　　極化的反射和折射；相反，磁場垂直入射平面，電場平行入射平面，稱為TM極化的反射和折射。</p><p>　　TE極化:電場的反

51、射系數(shù)E1/EO：</p><p>　　E1/EO=(ε11/2CosΘi-ε21/2CosΘ2)/(ε11/2CosΘi+ε21/2CosΘ2)</p><p>　　當(dāng)電磁波垂直入射時，Θi=Θ2=0，電場的反射系數(shù)為：</p><p>　　E1/EO=(ε11/2-ε21/2)/(ε11/2+ε21/2) （μ=1）</p><

52、;p>　　電場的折射系數(shù)E2/EO：</p><p>　　E2/EO=2ε11/2CosΘi/(ε11/2CosΘi+ε21/2CosΘ2)</p><p>　　當(dāng)電磁波垂直入射時，Θi=Θ2=0，電場的折射系數(shù)為：</p><p>　　E2/EO=2ε11/2/(ε11/2+ε21/2)</p><p>　　TM極化：電場的反射系數(shù)E

53、1/EO：</p><p>　　E1/EO=(ε21/2CosΘi-ε11/2CosΘ2)/(ε21/2CosΘi+ε11/2CosΘ2)</p><p>　　當(dāng)ε21/2CosΘi-ε11/2CosΘ2=0時有Θi+Θ2=90°，反射系數(shù)為零，沒有反射；</p><p>　　當(dāng)電磁波垂直入射時，Θi=Θ2=0，電場的反射系數(shù)為；</p>&

54、lt;p>　　E1/EO=(ε21/2-ε11/2)/(ε11/2+ε21/2) </p><p>　　電場的折射系數(shù)E2/EO：</p><p>　　E2/EO=2ε11/2CosΘi/(ε21/2CosΘi+ε11/2CosΘ2)</p><p>　　當(dāng)電磁波垂直入射時，Θi=Θ2=0，電場的折射系數(shù)為：</p><p&

55、gt;　　E2/EO=2ε11/2/(ε11/2+ε21/2)</p><p>　　由上述兩個極化條件的反射和折射關(guān)系可以看出，反射系數(shù)和折射系數(shù)都是不同的。當(dāng)垂直入射時，兩者反射系數(shù)數(shù)值相等，但差一個負號；兩者的折射系數(shù)相同。在雷達檢測中，TE和TM極化是同時存在的，他們反映天線不同方位的反射與折射振幅的大小。</p><p>　　2.2 電磁波傳播特點概述</p><

56、;p>　　大家知道，電磁波在介質(zhì)中傳播時也會有衰減。電磁波在有耗介質(zhì)中的衰減是由于傳導(dǎo)電流的熱損耗和介質(zhì)極化過程中的附加損耗。除了這些本質(zhì)原因，還有波的空間發(fā)散損耗和散射損耗。</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　在上圖中，發(fā)射天線T和接收天線R的水平距離為 X，地面到反射界面的法向深度為Z。發(fā)射雷達探測原理：</p>

57、<p>　　當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速為V(m/ns)已知時，可根據(jù)精確測得的走時t (單位為ns,1ns=10¯9s),由上式可求出反射物的深度（m）.</p><p>　　波的雙程走時由反射脈沖相對于發(fā)射脈沖的延時進行測定。反射脈沖波形由重復(fù)間隔發(fā)射（重復(fù)率為20KHz-100KHz）的電路按采樣定律等間隔地采集疊加后獲得。考慮到高頻波的隨機干擾性質(zhì)，由地下返回的發(fā)射脈沖系列均經(jīng)過多次疊加（次數(shù)為

58、幾十到數(shù)千次）。這樣，若地面的發(fā)射和接收天線沿探測線以等間隔移動時，即可在縱坐標為雙程走時t(ns), 橫坐標為距離x(m)的探地雷達屏幕上描繪出僅僅由反射體的深度所決定的“時距”波形道的軌跡圖。</p><p>　　圖2-4雷達剖面示意圖</p><p>　　與此同時，探地雷達儀即以數(shù)字形式記下每一道波形的數(shù)據(jù)，它們經(jīng)過數(shù)字濾波后，即可打印輸出。</p><p>

59、　　反射脈沖波形的明顯程度是探地雷達圖象地質(zhì)解釋的重要依據(jù)。它決定與發(fā)射脈沖波的能量。波在地質(zhì)界面上的反射特征以及波在地下介質(zhì)中行進時的衰減條件。發(fā)射脈沖的振幅一般在100~200V或更大的范圍，這是受高頻窄脈沖電路的限制的，反射特性則決定于物性界面的波阻抗差別。以反射系數(shù)描述之，對于平面波，反射系數(shù)：</p><p>　　Z為法向波阻抗，由介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和入射角決定（不同極化波具有不同的三角函數(shù)形式）

60、。角標指出波所在的介質(zhì)?？梢钥闯?，由于介質(zhì)具有導(dǎo)電性，反射系數(shù)呈復(fù)數(shù)形式。對于非平面波此值將在幾何光學(xué)條件下任起主導(dǎo)作用。若考慮位移電流為主，則：</p><p>　　εr為相對介電常數(shù)。這樣,對于土壤和花崗巖的交界面，反射系數(shù)模值|R|≈0.3333(兩者的εr分別設(shè)為20和5)，即反射能量為入射能量的33.33%。濕灰?guī)r和濕花崗巖（兩者的εr分別為8和7）接觸，則為0.0334，即反射能量為入射能量的3.34

61、%。顯然，介電常數(shù)對反射系數(shù)的影響至關(guān)重要，而含水性則于</p><p><b>　　εr值密切相關(guān)。</b></p><p>　　波在有耗介質(zhì)中的衰減是由于傳導(dǎo)電流的熱損耗和介質(zhì)極化過程中的附加損耗。除了這些本質(zhì)原因，還有波的空間發(fā)散損耗和散射損耗。若僅考慮前一原因，以吸收系數(shù)表征的波衰減特性與介質(zhì)性質(zhì)的理論關(guān)系為：</p><p>　　μ，

62、ε和σ分別為介質(zhì)的磁導(dǎo)率、介電常數(shù)和導(dǎo)電率。ω為角頻率。</p><p>　　μ=μ0·μr , N/A² (1)</p><p>　　ε=ε0·εr, (2)</p><p>　　ω=2πf

63、 (3)</p><p><b>　　對于低導(dǎo)介質(zhì)有：</b></p><p>　　(Np/m,1/m)</p><p>　　1Np/m=8.686 dB/m</p><p>　　它正比于σ而于εr呈根號反比關(guān)系。在一般介質(zhì)中β還于f有關(guān)，大致是隨f的升高而加大。</p><p&

64、gt;　　波速的確定，使地質(zhì)雷達的雙程時間可轉(zhuǎn)換為深度。速度</p><p><b>　　V=λf=ω/α</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　稱為相位系數(shù)。對于低導(dǎo)介質(zhì)有：</p><p><b>　　于是</b></p>&

65、lt;p>　　fˊ為以兆赫茲計的頻率，這樣，空氣、水和灰?guī)r（εr分別為1，81和9）三種介質(zhì)中，對100MHz頻率波長分別為3m，0.33m，和1m，而V分別為：0.3m/ns，0.033m/ns和0.1m/ns.</p><p>　　2-1巖土介質(zhì)的電性參數(shù)表</p><p>　　*該表數(shù)據(jù)來自《電法勘探新進展》 地質(zhì)出版社 </p><p>　　2.3地

66、質(zhì)雷達檢測原理概述</p><p>　　地質(zhì)雷達勘探是一種高分辨率探測技術(shù)。80年代以來，由于電子技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)的飛速發(fā)展，在公路路面、路基、稱道襯砌質(zhì)量檢測、考古調(diào)查等多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖2-5 地質(zhì)雷達檢測原理示意圖</p><p>　　地質(zhì)雷達（GPR）依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進行工作，電磁波脈沖在介質(zhì)中的傳播路徑、波

67、形隨所通過介質(zhì)的介電差異、幾何形態(tài)而變化。根據(jù)接收到的反射波的旅行時間、幅值、頻率、波形變化資料，可推斷地質(zhì)目的體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)。由于GPR采用了高頻寬頻帶短脈沖電磁波（1MHz~1GHz），與其他方法相比具有更高的分辨率、準確率。</p><p>　　當(dāng)電磁波到達兩種不同介質(zhì)特性的分界面時，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同會發(fā)生反射與折射。入射波、反射波與折射波的方向遵循反射定律和折射定律。見下圖所示：<

68、/p><p>　　圖2-6 電磁波在介質(zhì)分界面的反射和折射</p><p>　　電磁波在介質(zhì)界面的折射和反射特性由折射系數(shù)T和反射系數(shù)R表示，對于非磁性介質(zhì)，當(dāng)電磁波垂直入射時（θ=0），可下式表示：</p><p>　　式中：ε1和ε2分別為上下介質(zhì)的介電常數(shù)</p><p>　　由上式可知，對于非磁性介質(zhì)，電磁波的反射特性與介質(zhì)的介電常數(shù)

69、有密切關(guān)系。在混凝土結(jié)構(gòu)中，空洞、裂縫、鋼筋、素混凝土、圍巖的介電常數(shù)有明顯的差異。他們之間能形成良好的電磁波反射界面。故為地質(zhì)雷達的探測提供了一定的前提條件。</p><p>　　2.4 地質(zhì)雷達構(gòu)造及工作原理</p><p>　　地質(zhì)雷達由雷達系統(tǒng)和顯示處理系統(tǒng)兩大部分組成，雷達系統(tǒng)由發(fā)射脈沖源、收發(fā)天線、取樣接收電路和主機控制電路等組成。用來獲得目標的回波信息，顯示處理系統(tǒng)由工控機和

70、地質(zhì)雷達專用測量、處理軟件組成。具備動態(tài)測試，實時圖像連續(xù)顯示和數(shù)據(jù)處理功能。</p><p>　　圖2-7 地質(zhì)雷達構(gòu)成框圖</p><p>　　工作時，由發(fā)射脈沖發(fā)出的脈寬為毫微秒量級的射頻脈沖，經(jīng)位于地面上的寬帶發(fā)射天線耦合到地下，當(dāng)發(fā)射脈沖波在地下傳播過程中遇到介質(zhì)分界面，目標或其他局域非均勻體時，一部分脈沖能量反射回到地面，并由地面上的寬帶接收天線所接收。取樣接收電路在雷達主機

71、取樣控制電路的控制下，按等效時間采樣原理將接收到的高速重復(fù)視脈沖信號轉(zhuǎn)換成低頻信號。送到顯示系統(tǒng)進行實時顯示和處理。實際探測過程中，天線沿隧道壁移動，脈沖信號不斷的被發(fā)射和接收。顯示處理系統(tǒng)將A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號按一定方式進行編碼排列及處理，以二維形式（橫向為空間坐標，對應(yīng)測線上的水平位置，縱向為時間坐標，表示回波信號的雙程走時，對應(yīng)于深度）給出連續(xù)的地下剖面圖象。在剖面圖中，不同的介質(zhì)分界面將有異常顯示，依次可對地下結(jié)構(gòu)進行分析

72、和判斷。</p><p>　　第3章 地質(zhì)雷達的野外施測與數(shù)據(jù)采集</p><p>　　在工程質(zhì)量的檢測中,雷達數(shù)據(jù)的采集非常重要，它直接涉及到以后資料處理和解釋工作的成果好壞。所以在實測過程中我們要注意以下幾點:估計探測對象的性質(zhì)特點，工區(qū)環(huán)境的考查,測線布置、現(xiàn)場紀錄、選擇相應(yīng)的天線，設(shè)置雷達采集參數(shù)，隧道質(zhì)量檢測中還要注意到工程現(xiàn)場的地質(zhì)情況,圍巖的類型等問題。在后邊的敘述中，我將進

73、一步來說明。</p><p>　　3.1 探測目的與目標</p><p>　　一個地質(zhì)雷達探測探測項目都會有確定的檢測對象，明確的檢測目的和要求。從這些目的要求中應(yīng)該特別清楚地明確下列要點，以便正確設(shè)置儀器參數(shù)和合理布置測線。這些要點包括：</p><p>　　探測目標深度；關(guān)系到雷達時間窗口的大小</p><p>　　探測目標水平尺度；決

74、定測線的間距</p><p>　　目標是二度體還是三度體；應(yīng)測線布置方案</p><p><b>　　要求的分辨率；</b></p><p>　　目標與環(huán)境電磁向值差異的大?。?lt;/p><p>　　3.2 測線布置與標記：</p><p>　　測線布置一般應(yīng)盡可能與異常的走向垂直，同時測線的間距

75、應(yīng)該小于或等于目標尺度與分辨率尺度，以防目標漏測，對于一般的二度體，可以布置一個方向的測線，如需反映三度體的特性或做成三維成像，則應(yīng)布置多條測線或構(gòu)成測網(wǎng)?！　　?lt;/p><p>　　圖3-1二度體探測剖面布置　　 圖3-2三度體探測剖面布置</p><p>　　測量中要做好場地標記和記錄打標。場地標記包括測線標記和測線上距離標記。同時，雷達記錄里的標記要與場

76、地標記相一致。</p><p>　　3.3 觀測場地與環(huán)境記錄</p><p>　　觀測現(xiàn)場記錄很重要，它是資料解釋的基礎(chǔ)。有些環(huán)境干擾信號被記錄下來，如電線桿反射、側(cè)面墻反射、金屬物品反射等，如不參考現(xiàn)場記錄很容易被錯判為地下異常體?，F(xiàn)場記錄的要點是把那些可能產(chǎn)生反射干擾的地物都記錄下來，注明它們的性質(zhì)、與測線的距離、位置關(guān)系等。</p><p>　　3.4

77、地質(zhì)雷達的觀測方式</p><p>　　一般來講，地質(zhì)雷達的觀測方式隨天線類型的不同而有所不同。按天線的頻率特性講，有高頻、中頻和低頻天線；以結(jié)構(gòu)特點又劃分為非屏蔽、屏蔽天線；以電性參數(shù)分有偶極子天線、反射器偶極子天線、喇叭狀天線。采用不同種天線結(jié)構(gòu)是為了獲得較高的發(fā)射效率。下邊就地質(zhì)雷達的主要觀測方式：剖面法觀測、多天線法觀測、寬角法觀測和多次覆蓋方式觀測予以簡要的概述。</p><p>

78、;　　3.4.1 剖面法觀測</p><p>　　該方法是使收、發(fā)天線以固定間隔距離沿測線同步移動的一種觀測方式，發(fā)射天線和接收天線同時移動一次便獲得一個記錄。當(dāng)發(fā)射天線和接收天線沿測線移動時，就可以得到由一個個記錄組成的地質(zhì)雷達時間剖面圖象。同樣，橫坐標表示天線在測線上的空間位置，縱坐標表示雷達脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面發(fā)射回到接收天線的雙程走時。這種記錄能準確的反映測線下各個反射面的起伏變化情況。</

79、p><p>　　3.4.2寬角法觀測</p><p>　　在寬角法觀測當(dāng)中，一個天線固定在地面某一點不動，而另一個天線沿測線移動，記錄地下各個不同層面反射波的雙程走時。據(jù)幾何地震學(xué)原理，我們根據(jù)圖1 得到地下深度為Z的水平界面反射電磁波的時距方程：</p><p>　　式中：X為收發(fā)天線之間的距離，V為地層中電磁波的傳播速度，當(dāng)Z=0時，則有：</p>&

80、lt;p>　　該式即為地表直達波的時距方程。</p><p>　　3.4.3 多次覆蓋法</p><p>　　探地雷達在探測來自地下深部界面的反射波時，會由于信噪比過小，不易識別。這時可采用類似地震的多次覆蓋法技術(shù)。應(yīng)用不同天線距的發(fā)射—接收天線在同一測線進行重復(fù)測量。然后把所得到的測量記錄中測點位置相同（其中心點）的記錄進行疊加，能增加所得的記錄信噪比，壓制多次反射波以及隨機噪聲

81、干擾。</p><p>　　3.4.4 多天線法</p><p>　　這種方法是利用多個天線進行測量。每個天線道使用的頻率可以相同也可以不同。每個天線道的參數(shù)如點位、測量時窗、增益等都可以單獨用程序控制。多天線測量又有兩種方式：</p><p>　　第一種方式是所有天線相繼工作，形成多次單獨掃描，這多種掃描使得一次測量的覆蓋面積廣，從而提高工作效率。另外也可以利用

82、多次掃描結(jié)果進行疊加處理，有利于提高記錄的信噪比。</p><p>　　第二種方式是所有天線同時工作，利用時間偏移推遲各道的接收時間，可以形成一個合成雷達記錄，改善系統(tǒng)的聚焦特性，即天線的方向特性。聚焦程度取決于各天線之間的間隔。一般來講，天線間距越大聚焦效果越好。</p><p>　　3.5 地質(zhì)雷達儀器參數(shù)的選擇</p><p>　　參數(shù)的選擇貫穿于整個數(shù)據(jù)的采

83、集和處理的全過程。下邊就數(shù)據(jù)采集過程中儀器的參數(shù)選擇問題給予簡要介紹。</p><p>　　現(xiàn)場測量開始前應(yīng)該對雷達的采集參數(shù)進行設(shè)定，這一工作最好在進入現(xiàn)場前在室內(nèi)完成，進入現(xiàn)場后可根據(jù)情況略加調(diào)整。參數(shù)設(shè)定的內(nèi)容包括時間窗口大小、掃描樣點數(shù)、每秒掃描數(shù)、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換位數(shù)、增益點數(shù)等內(nèi)容。參數(shù)設(shè)置的是否合理影響到記錄數(shù)據(jù)的質(zhì)量，至關(guān)重要。</p><p>　　3.5.1 探測深度與時窗長度

84、</p><p>　　探測深度的選取是頭等重要的，既不要選得太小丟掉重要數(shù)據(jù)，也不要選得太大降低垂向分辨率。一般選取探測深度H為目標深度的1.5倍。根據(jù)探測深度H和介電常數(shù)ε確定采樣時窗長度（Range/ns）：</p><p>　　Range= 2H(ε)1/2/0.3(ns)= 6.6 H(ε)1/2(ns)</p><p>　　例如對于地層巖性為含水的砂層時，

85、介電常數(shù)為25，探測深度為3m時，時窗長度應(yīng)選為100ns，時窗選擇應(yīng)略有富余，寧大勿小。</p><p>　　3.5.2 A/D采樣分辨率：</p><p>　　雷達的A/D轉(zhuǎn)換有8Bit、16Bit、24Bit可供選用。選擇24Bit動態(tài)大，強弱反射信號都能記錄下來，探測深度大、時窗長時采用。16Bit，動態(tài)中等，中高頻天線、探測2-5m時采用；選擇8Bit動態(tài)小，采集速度快，探測深

86、度小于1m、時窗小時采用；</p><p>　　3.5.3 掃描樣點數(shù)</p><p>　　掃描樣點數(shù)Samples/Scan有128、256、512、1024、2048/scan可供選用，為保證高的垂向分辨，在容許的情況下盡量選大。對于不同的天線頻率Fa、不同的時窗長度Range，選擇樣點數(shù)Samples應(yīng)滿足下列關(guān)系： </p><p>　　Samples

87、≧10-8*Range*Fa</p><p>　　該關(guān)系保證在使用的頻率下一個波形有10個采樣點。例如對于900MHZ天線，40ns采樣長度的時窗，要求每掃描道樣點數(shù)大于360 Samples/Scan，可以選擇接近的值512。對于100MHZ天線，500ns采樣長度，樣點數(shù)應(yīng)大于500 Sanples/ Scan,因而可以取512或1024。樣點數(shù)大對提高資料的質(zhì)量有利，但耗時較大，影響前進速度。</p&

88、gt;<p>　　3.5.4 掃描速率Scans/s：</p><p>　　掃描速率是定義每秒鐘雷達采集多少掃描線記錄，掃描速率大時采集密集，天線的移動速度可增大，因而盡可能的選大些。但是它受儀器能力的限制。對于一種類型的雷達，他的A/D采樣位數(shù)、掃描樣點數(shù)和掃描速度三者的乘積應(yīng)為常數(shù)。當(dāng)掃描速率Scans/s決定后，要認真估算天線移動速度TV。估算移動速度的原則是要保證最小探測目標（SOB）內(nèi)只

89、少有20條掃描線記錄：</p><p>　　TV≦Scans*SOB/20</p><p>　　例如探測目標最小尺度為10cm、掃描速率64Scans/s時,推算天線運動速度應(yīng)小于32cm/s，相當(dāng)于0.5cm/scan。如果最小目標為0.5m,則天線移動速度可達1.5m/s。</p><p>　　3.5.5 增益點數(shù)的選擇：</p><p&g

90、t;　　增益點的作用是使記錄線上不同時段有不同放大倍數(shù)，使各段的信號都能清楚的顯現(xiàn)出來，增益點的位置最好是在反射信號出現(xiàn)的時段附近。SIR型雷達設(shè)計的增益點從2到8個，時窗短時選2點增益，時窗長時選4或5足矣。點之間的增益是線性變化的，增益的變化是平滑的。增益大小的調(diào)節(jié)是使多數(shù)反射信號強度達到滿度的60%-70%，增益太大將造成信號削頂，增益太小將丟失弱小信號。</p><p>　　3.5.6 濾波設(shè)置：<

91、;/p><p>　　濾波設(shè)置是為了改善記錄質(zhì)量。濾波分為垂向濾波和水平濾波。垂向濾波分高通和低通，高通頻率選為天線頻率的1/4，高于這個頻率的信號順利通過，這相當(dāng)于帶通濾波器里的低截頻率。垂向低通頻率選為天線頻率的2倍，低于該頻率的波順利通過，這相當(dāng)于帶通濾波器里的高截頻率。</p><p>　　水平濾波分為水平平滑和背景剔除，目的是消除儀器和環(huán)境的背景干擾。水平平滑通常取3道平滑，背景剔除功

92、能只在回放時起作用。</p><p>　　3.5.7 選擇合適的采集方式：</p><p>　　雷達的采集方式有多種，對SIR儀器有連續(xù)采集、逐點采集、控制輪采集。連續(xù)采集是最常用的采集方式，具有工作效率高的特點，便于界面連續(xù)追蹤。逐點采集一般在表面起伏變化大的情況下采用，或是使用低頻拉桿天線時采用?？刂戚啿杉峭ㄟ^控制論行走為記錄打標記，資料位置標記均勻準確，一般在表面平整的機場跑道、高

93、速公路路面等場合采用。</p><p>　　3.5.8 選擇適宜的顯示方式：</p><p>　　雷達顯示是現(xiàn)場觀察探測結(jié)果的只管展示，儀器預(yù)設(shè)了幾個可供選擇的彩色顯示方式，可以根據(jù)不同對象選用，通過比較選擇效果最好的方案。</p><p>　　3.5.9 分辨率</p><p>　　和地震彈性波相似，我們將電磁波在縱向和橫向上所能區(qū)分地層

94、單元的最小尺度稱為地質(zhì)雷達的垂直分辨率和水平分辨率。顯然，分辨率與雷達波的波長和地質(zhì)體的埋深有關(guān)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)體埋深一定時，波長越短，雷達波頻率越高，其分辨率越高。如：混凝土中電磁波速度V=0.12m/ns，主頻為400MHz，則其波長λ=V/F=0.3m ，若按λ/4作為垂直分辨率的下限，則可分辨的最薄地層的厚度為0.075m(7.5cm)，若按λ/8作為分辨率的極限，則可分辨的最薄地層厚度為3.75cm,</p><p

95、>　　可見，地質(zhì)雷達的縱向分辨率是很高的。對于橫向分辨率，經(jīng)類似的分析，也在數(shù)厘米到數(shù)十厘米的范圍。</p><p>　　第四章 地質(zhì)雷達資料處理</p><p>　　4.1 處理的目的</p><p>　　現(xiàn)場采集的地質(zhì)雷達信號包含很多干擾，有環(huán)境的干擾，也有雷達采集中噪聲。有用信號被淹沒其中很難識別，因而需要采取有效的處理技術(shù)，地質(zhì)雷達資料處理的目的就

96、是消除干擾突出有用信號,提高信噪比。由于地質(zhì)雷達反射記錄的波形比地震波復(fù)雜的多，一方面是地質(zhì)雷達分辨率高，記錄的信號很豐富；另一方面是由于電磁波的干擾因素多；同時由于雷達發(fā)射的子波比較復(fù)雜，并非簡單的脈沖。因而雷達資料的處理和解釋是一項復(fù)雜、細致的工作。此外，現(xiàn)場采集時天線移動難保正勻速，記錄標記也不均勻。對于不同的探測對象，資料處理的技術(shù)選擇也不完全相同。一般的處理都包含記錄標記的歸一化、水平與垂直濾波、電磁波速分析等三步。在完成上述

97、處理之后，我們根據(jù)不同的探測對象，選擇針對性的處理辦法。</p><p>　　4.2 雷達記錄標記的歸一化</p><p>　　雷達記的標記有時用手打，有時用測量輪。用測量輪打的標記記錄比較均勻，每米的掃描數(shù)是相等的。用手工打的標記因移動速度不等，一般每米掃描數(shù)都不太均勻。資料處理的第一步就是作標記的歸一化處理，使每米掃描數(shù)相同。</p><p>　　4.3 雷

98、達的數(shù)字濾波處理技術(shù)</p><p>　　地質(zhì)雷達測量中，為了保持有更多的反射波特征，通常利用寬頻帶進行記錄，于是在記錄各種反射波的同時，也記錄了各種干擾波。數(shù)字濾波技術(shù)就是利用頻譜特征的不同來壓制干擾波，以突出有效波,它包括水平濾波和垂直濾波。</p><p>　　4.3.1 水平濾波</p><p>　　水平濾波對處理雷達資料特別需要，這是因為雷達資料中水平波特

99、別發(fā)育，它產(chǎn)生于雷達儀器本身。來自于控制器、饋線、天線的相互作用，是難以避免的。水平波具有時間相等的特點，水平濾波就是利用這一特性。濾波過程中，可將相鄰的一定數(shù)量的掃描線求平均，再與個別掃描線相比較，就可消除水平波。水平濾波中選取的掃描線數(shù)越大，濾波效果越小。相反選取的掃描線數(shù)越小，濾除水平波的效果越明顯。但如果水平濾波掃描線取得太少，可能會濾掉一些緩變界面信號。因而在進行水平濾波時，要根據(jù)對象進行試驗、調(diào)整，以求最佳效果。一般情況下可

100、先選10-100條掃描線開始嘗試。</p><p>　　圖4-1 水平波率圖</p><p>　　4.3.2 垂直濾波</p><p>　　垂直濾波就是地震資料處理中常用的濾波方法，其中較為常用的方法有帶通濾波，高通濾波，低通濾波，小波變換等。垂直濾波的目的是為了消除雜散波干擾，這些雜散波是來自于外源，不是天線自身發(fā)出的，頻率不在雷達天線頻帶內(nèi)。有時為了區(qū)分不同

101、的地質(zhì)體，選取不同的頻帶，都要用到垂直濾波。垂直濾波是一種數(shù)學(xué)變換，有時會帶來較大的失真，濾波的頻帶越窄，失真越大，應(yīng)用中要認真選取方法和參數(shù)。因為雷達天線的發(fā)射與接收都設(shè)定了帶寬，也就是說雷達信號本身已經(jīng)過濾波，所以一般資料處理中的濾波處理改善并不明顯。下圖是兩組高低頻成分濾波前后的對比。</p><p>　　4.4 增益調(diào)節(jié)與顯示選擇</p><p>　　增益調(diào)節(jié)與顯示方式選擇是雷達資

102、料的處理最有效的手段，它可使圖像目標更加清晰，易于識別。增益調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)增益點的數(shù)目，同時也就改變了增益點的位置，使用自動增益可使有用信號得到清晰顯示。一般情況下對50ns長的記錄選擇3-4點增益比較合適，100ns以長的記錄選擇4-5點增益，400ns以長的記錄可選擇5-6點增益。</p><p>　　顯示選擇包含兩個層次的選擇，一個層次是選擇顯示方式，另一個層次是選擇顯示模板。可供選擇的顯示方式有波形、變面

103、積、能量譜等顯示方式，其中比較常用的是后兩種，其中能量譜顯示方式效果更好些。顯示模板包含不同的色彩配比，而更重要的是能量反差大小及變換關(guān)系的配比，這兩種配比組合形成幾十中模板，根據(jù)不同的對象，選擇合適的模板，可達到顯示目的。例如要顯示空洞，可選擇反差大模板，只將能量較強信號顯現(xiàn)出來，中等和弱的信號被忽略，可突出空洞的形態(tài)。</p><p><b>　　圖4-2</b></p>

104、<p><b>　　圖4-3</b></p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　第5章 工程中雷達資料的解釋及其分析</p><p>　　地質(zhì)雷達野外數(shù)據(jù)，采用“RADAN 6.5”軟件包進行處理后輸出雷達剖面圖。雷達剖面圖作為資料解釋的基本圖件。</p><p&g

105、t;　　1、混凝土襯砌層厚度的劃分</p><p>　　2、空洞與不密實帶的確定</p><p>　　3、襯砌界面深度的計算方法</p><p>　　按公式Ｈ＝V×T／２進行時深轉(zhuǎn)換計算，其中Ｖ為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，T為反射波組所對應(yīng)的雙程反射時間，Ｈ為襯砌層厚度。</p><p><b>　　基巖信號特征形態(tài)：&l

106、t;/b></p><p>　　淺埋基巖起伏大，反射波強，斷續(xù)特征明顯，與空洞反射有類似之處，是高速體反射射波，波相與地面波反向?；鶐r陷漏柱邊界形態(tài)清楚，與巖層水平產(chǎn)狀反射波形態(tài)形成明顯對比。</p><p>　　圖5-1基巖信號特征形態(tài)</p><p>　　下列埋葬物波阻抗差異較大，反射波強，形態(tài)孤立，埋藏體體積小，有多次波特征，說明可能是空的。如果是空的，

107、第一反射振相是正的；如果是金屬的，第一反射振相是負的，而且吸收強，沒有多次波。</p><p>　　圖5-2地下埋葬物信號特征</p><p><b>　　混凝土的信號特征：</b></p><p>　　400MHz天線的地質(zhì)雷達剖面圖上有一組連續(xù)性較好、能量較強的反射波組，對應(yīng)了混凝土襯砌（初期支護和二次襯砌形成一個綜合層）與圍巖的分界面（見

108、下圖）。</p><p>　　圖5-3混凝土的信號特征</p><p>　　空洞和不密實帶的信號特征：</p><p>　　在雷達時間剖面圖上，將“雙曲線”異常解釋為襯砌內(nèi)或回填層內(nèi)的空洞，將零亂的團塊狀或條帶狀的強反射異常判識為襯砌內(nèi)或回填層內(nèi)的不密實帶</p><p>　　圖5-4空洞和不密實帶的信號特征</p><p

109、>　　鋼筋網(wǎng)與格柵鋼架的圖象特征：</p><p>　　在雷達時間剖面圖上，鋼筋網(wǎng)的特征主要表現(xiàn)為沿垂直方向成密集型的強反射異常</p><p>　　而鋼架的特征主要表現(xiàn)為沿垂直方向成離散型的強反射異常，</p><p>　　圖5-5鋼筋網(wǎng)與格柵鋼架的圖象特征</p><p>　　襯徹厚度與脫空的波形特征：</p><

110、;p>　　襯砌與圍巖之間的脫空區(qū)為空氣，與混凝土和圍巖的波阻抗差異很大，反射波正反相間，波相先蘭后紅，反射很強，脫空區(qū)斷續(xù)蜿蜒，位置清晰明顯，極易辨別。</p><p>　　圖5-6襯徹厚度與脫空的波形特征</p><p>　　隧道圍巖結(jié)構(gòu)的波相特征：</p><p>　　灰?guī)r是一種節(jié)理、裂隙比較發(fā)育的巖體，雷達波可將這種巖體結(jié)構(gòu)清晰的顯現(xiàn)出來。節(jié)理裂隙斷斷續(xù)