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探地雷达原理及应用


探地雷达(通常称为探地雷达)是应用于技术的通用术语,该技术利用电磁波来绘制埋在视觉上不透明结构中的结构和特征,例如土壤,混凝土,砖砌,柏油碎石,岩石,木材和冰。它是一种非侵入性的亚表面成像技术,自20世纪70年代开始研究地球的浅层,高分辨率,地下研究。探地雷达是开发超宽带雷达的成功范例 通常,范围为1 m的探地雷达将在300 MHz至3,300 MHz的范围内工作。探地雷达是一种常用于环境,工程,考古和其他浅层调查的方法。与其他调查方法相比,它快速,易于使用且价格低廉。辐射密度绝对无害。典型的平均辐射功率可以是毫瓦级。
 

探地雷达

探地雷达如何工作?

探地雷达使用电磁能量来获取地下信息。在测试区域上缓慢移动,电磁能量从天线向下传输到地面。能量由地下边界反射,在该边界处存在电性质对比。该能量传播回到天线接收的表面。雷达探测地下物体的深度,电导率,介电常数,密度和位置。从反射信号的传播时间可以计算出深度。根据系统类型和地面条件,探地雷达能够探测到几十米并为用户提供子表面的“横截面”图像。

 

探地雷达的技术设计可分为两类。传输脉冲并从目标接收反射信号的探地雷达系统称为脉冲雷达。这些雷达使用采样接收器,可以认为是在时域中运行。为了获得大带宽,脉冲必须非常短,通常在纳秒或甚至更小的范围内。通常,雷达使用零的较低截止频率来获得大带宽。在这种情况下,发射器不调制载波频率,而是向天线提供非常短的高压脉冲(通常幅度在20V到200V之间)。产生的脉冲类型称为基带脉冲。其波形类似于“墨西哥帽”,并在数学上被描述为高斯函数的负归一化二阶导数。

探地雷达信号处理

沿着移动方向,从雷达数据生成原始图像。它将横截面映射到土壤中。由于低频率和必要的带宽使得天线不能具有大的方向性,所以埋在地下的所有物体即使它们不位于地面雷达的正下方也已经给出了回波信号。然而,该回波信号显示在地面雷达的正下方。通过对象的较大倾斜范围,该回波以比实际更大的深度显示。当穿过反射物体时,产生双曲目标。物体的真实位置是双曲线的顶点。在原始图像中,始终在表面附近显示至少一条连续线。该信号由发射天线通过空气直接连接到接收天线产生(通常称为“次飞行到达”)。该行将在以后的处理中删除。通常还存在由土壤中从天线到天线的直接波引起的第二线。
探地雷达的应用

探地雷达用于绘制地质条件,包括基岩深度,地下水位深度,陆地和淡水体下土壤和沉积物层的深度和厚度,以及基岩中地下洞穴和裂缝的位置。其他应用包括物体的位置,如管道,鼓,坦克,电缆和巨石,绘制垃圾填埋场和沟槽边界,绘制污染物,并进行考古调查。将探地雷达数据与其他地表地球物理方法(如地震,电阻率或电磁方法)相结合,可降低场地特征的不确定性。


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