地质雷达-原理部分

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地质雷达调研

1 术语

地质雷达系统：对地下雷达探测目标的解释，离不开必要的地质理论和地质工程知识，探测地下目标的雷达系统称为“地质雷达系统”(Geologic radar system)。

2 基本原理

地质雷达由发射部分和接收部分组成。发射部分由高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线(Tx)组成。通过发射天线电磁波以60°~90°的波束角向地下发射电磁波。发射波被设置在某一固定位置的接收天线(Rx)接收，与此同时接收天线还被接收机记录或在终端将两种显示出来。

当地下介质中的波速v为已知时，可根据精确测得的走时t，由上式求得目标体的z。式中x值即收发距，在剖面测量中是固定的；v值可用宽角法直接测量，也可以根据近似计算公式：

$v\approx \frac{c}{\sqrt{{\epsilon }_r}}(1)$
其中$c$为光速；${\epsilon }_r$为地下介质的相对介电常数。

波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以白色和黑色表示，或以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线，即可形象地表征出地下反射界面。在波形记录上，各测点均以测线的铅锤方向记录波形，构成雷达剖面。

由于探地雷达的电磁波主要是在非理想介质中传播的所以其衰减的速度非常快，构成了雷达应用的主要障碍，即探测的深度有限。电磁波的电场强度随着距离的衰减规律是：
$E=E_0{d}^{-{\beta }_r}(2)$

其中${\beta }_r$为介质的吸收系数，它与介质的电性和频率有关，根据计算可以写为

${\beta }_r=\frac{60\pi }{\rho \sqrt{r}}(3)$

趋肤深度：
$\delta =\sqrt{\frac{2}{\omega \mu \sigma }}(4)$

3 参考资料

地质雷达探测原理与方法研究 杨峰教授