大穿透深度地质雷达、探地雷达.pdf

100m 大穿透深度地质雷达COBRA Plug-in 一、前言 常用的地质雷达探测深度一般在 10-15 米以内，要增加探测深度必须采用低频天线， 然而它又使屏蔽发生困难，限制了低频天线的应用领域。为此，瑞典 RADARTEM 公司研发 和生产了大穿透深度 Cobra plug-In 地质雷达，该系统采用先进的实时采样技术，使信噪比 提高 45dB ，勘探深度增加一倍以上，采用具有强烈抗干扰能力的、半屏蔽技术的收发一体 天线，进一步保障了最大勘探深度，勘探深度 0-100m，在北京和厦门地区的应用结果表明， 在很强干扰地区仍可获得十分可靠的探测结果。此外该公司研发的双通道、双天线 CobraWifi 地质雷达具有极高的分辨率和极强的抗干扰能力，探测深度0-10m。 二、原理简介 地质雷达探测的工作原理,简单地说是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高 频电磁波。电磁波在介质中传播, 当遇到存在电性差异的地下目标体,如空洞、分界面等时, 电磁波便发生反射,返回地面用接收天线接收，并对接收数据进行处理和分析,根据接收到的 雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形 态,从而达到对地下隐蔽目标物的探测(如图1 所示) ，可以非常安全和方便地用于很多领域, 并具有很高的探测精度和分辨率。 图1 探地雷达工作原理示意图 图1 中T 为发射天线, R 为接收天线, 电磁波在地下介质中遇到目标体和基岩时发生反射, 信号返回地面由天线R 接收并记录再通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波记录 (如图2 所示) 。 图2 探地雷达回波记录示意图 图2 中横坐标的单位为m ,横轴代表地表面的探测距离,纵坐标代表电磁波从发射到遇 见地下目标体或基岩时反射回地面并被仪器接收所需要的时间 t 。，即双程反射时间 t ，按 下式算出目标体的埋藏深度： 其中, t 为目标层雷达波的双程反射时间; c 为雷达波在真空中的传播速度(0. 3 m/ ns) ; ε 为目标层以上介质的相对介电常数均值。 地质雷达数据处理方法与地震反射法数据处理方法基本相同,主要有以下几方面:1) 滤 波及时频变换处理;2) 自动时变增益或控制增益处理;3) 多次重复测量平均处理;4) 速度分析 及雷达合成处理等。数据处理的目的旨在优化数据资料、突出目标体、最大限度地减少外 界干扰,为进一步解释提供清晰可辨的图像。处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图 相似,可依据该图进行地质解释。 电磁波在地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性， 电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，因此在探地雷达的运用中，探测结果能否反应出 目标体与以下的因素有关： 1) 纵向分辨率：λ/4 探地雷达在纵向上能分辨的最小厚度是发射电磁波波长的1/4。 2) 横向分辨率： = /2 （λ-雷达子波波长，h- 目标体的埋藏深度） 探地雷达在水平能够分辨的最小尺寸为 。 2 ( − ) 3) 反射能力： = （ -背景介质的相对介电常数， - 目 ( + ) 标体的相对介电常数） 当 0.01就能有足够的反射。 4) 探测深度：约为雷达子波的波长的10 倍。 一般来说，时间等效采样技术的探地雷达其极限探测深度为 10 倍发射雷达子波波 长，实时采样技术的地质雷达探测深度要大的多。 三、实时采样与时间等效采样技术 为了实现被测信号的重构，采集系统都需要对