雷达的基本原理及技术参比.doc

雷达的基本原理及技术参比 一、地质雷达基本原理 探地雷达作为工程物探检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点。探地雷达由一体化主机、天线单元及配套软件等几部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向被测介质发射高频率宽频短脉冲电磁波，当其遇到体(界面)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决与被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到识别目标物体的目的(见图 )。 图1. 电磁波勘探原理示意图 图 探地雷达工作原理示意 电磁波在特定介质中的传播速度 V是不变的，因此根据探地雷达记录上的地面反射波与反射波的时间差ΔT，即可据下式算出异常的埋藏深度 H： 式中，H即为目标层厚度； V是电磁波在地下介质中的传播速度，其大小由下式表示： 式中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为 30cm/ns；ε为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。 雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数 r 可表示为： 式中，ε1、ε2 为界面上、下介质的相对介电常数。 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。系统主要包括三个部分，分别是主机、天线和分析软件。从这三个部分对现在中国市场上主要的雷达品牌 性能指标 俄罗斯OKO-2 意大利RIS 青岛LTD 美国SIR 20 瑞典RAMAC 1 通道数 1-8 1-2 2 2 2 2 脉冲重复频率 400KHz 400KHz 128KHz 192 KHz 200 KHz 3 扫描速率 1000扫/秒 850扫/秒 250扫/秒 400扫/秒 500扫/秒 4 时窗 9999ns 9999ns 5000ns 8000ns 8000ns 5 存储方式 硬盘 硬盘 SD 硬盘 硬盘 6 重量 0.9kg 1.2kg 4kg 10kg 3.2kg 7 叠加数 1～100000 1～32768 1～65535 1～32768 1～32768 8 采样率 128～8192 128～8192 128～2048 128～2048 128～8192 9 信噪比 160dB 160dB 　120dB 120dB 120dB 10 动态范围 160dB 160dB 130dB 120dB 120dB 11 显示方式 笔记本电脑 笔记本电脑 专业显示器 笔记本电脑 笔记本电脑 12 增益最大值 120dB 120dB 40dB 110dB 120dB 在通道数方面，道数越多，同时连接天线的速度便可越大。数据采集便更加的高效，准确。 脉冲重复频率，脉冲重复频率为主机的脉冲发射速度，电磁波发射的速度越快就能够保证设备更快的探测速度，这也就在保证探测精度的情况下更快的提高效率。 扫描速率，扫描速率代表着主机的接收速率，扫描速率越高就代表能够进行的探测速度会更高，工作效率更高。 时窗，时窗代表着雷达探测的显示深度，在很多情况下探测深度会在显示的深度范围之内，但是在冰川或者更加纯净均一的介质中，探测的深度更深，这样时窗越大也就在很大程度上影响了探测深度。 增益，雷达所采集的原始数据中包含了所有探测的信息，但是不进行增益的话就很难清晰的显示。在采集现场，自动增益的操作更加方便，所需要的专业知识和经验更少，而手动增益就需要一定的专业知识和丰富的经验作为背景，操作起来要复杂很多。 存储方式，其实很重要，存储量更大，数据存储越多，一次性工作量就越大。将所有的数据直接存储在笔记本电脑中。电脑的硬盘可以轻松升级，能够完全满足一般的探测需求。 外形尺寸。雷达检测的工作量越来越大，很多都是长时间的野外工作。更轻更小的主机更加适应野外的长时间工作，大大减少了操作者的体力消耗。 采样率，采样率直接影响着图像的清晰程度，采样率越大，探测到的数据就会越清晰，就更加有助于对探测的判断。 信噪比和动态范围，在使用探地雷达的探测中，地下的环境噪音会对整个探测造成一定的影响，要想获得更加清晰而且有效的结果，需要加强雷达自身信号的能量，还要在接收信号时有效的减小环境噪音的影响。 有很好的信噪比和动态范围就能够很好的增加本身信号的能量，减小外界环境噪音的影响，使得图像显示的更加清楚。 显示方式，显示效果越清晰越好，受环境等因素（例如：阳光）的影响就越小。对于雷达波形的解释也更加有利更加清晰。 天线 一般的雷达探测采用的是单天线探测，而这种方式在进行复杂管网、多层钢筋和一些疑难的空洞、高含水等情况时就很难探测出来。采用天线组合技术能够一次完成深部和浅部的高分辨率的探测，兼顾了探