机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.     

地质雷达在活动断裂研究中的应用

对于快速发生沉积和侵蚀的地区,断裂附近的古地震遗迹会很快被掩埋。获取这些地区断裂的位置、上断点的埋深和标志层的断距等方面的数据至关重要。本文利用地质雷达探测技术探测这些被埋藏的古地震遗迹。以北京平原区正断性质的新夏垫断裂和青藏高原东北缘六盘山地区逆冲性质的六盘山东麓断裂为实验区。通过探测发现,对于断裂两侧地表覆盖层主要为粉土或粉质粘土的新夏垫断裂,地质雷达可精确定位断裂通过的位置,指示上断点的埋深,但无法在地质雷达剖面上识别出各套地层。对于在T1基座阶地上通过的六盘山东麓断裂,地质雷达不但可以精确定位断裂的位置,而且可以在地质雷达剖面上识别出各套地层,进而求得断裂两侧基座的断距。     

浅层人工地震和地质雷达在城市活动断层探测中的联合应用?以鹤壁市汤东断裂为例

浅层人工地震勘探是探查城市隐伏活动断层最有效的手段之一,然而受近地表探测盲区和探测分辨率的限制,该方法难以获取活动断层超浅层上断点的准确埋深位置。地质雷达探测方法在一定程度上可弥补浅层人工地震勘探的不足。为探索浅层人工地震勘探和地质雷达探测的联合应用效果,分析其在城市隐伏活动断层探测中的应用潜力,选取河南省鹤壁市汤东断裂西支为研究对象,并在冯屯村和前交卸村分别开展联合探测,获取高信噪比的浅层人工地震反射剖面和地质雷达剖面。浅层人工地震勘探揭示的冯屯村处汤东断裂西支上断点埋深为60～70 m,地质雷达探测揭示的上断点埋深约为2.5 m,结合平均沉积速率推测汤东断裂西支在冯屯村的最新活动时代约为25 ka。浅层人工地震勘探揭示的前交卸村处汤东断裂西支上断点埋深为50～60 m,地质雷达探测揭示出汤东断裂西支在前交卸村处未造成近地表约10 m以内的地层断错。研究结果表明,在城市隐伏活动断层探测中,采用浅层人工地震勘探和地质雷达探测相结合的方法,不但可有效确定活动断层的位置,且可进一步约束活动断层上断点的准确埋深,有利于指导后期地震地质勘探中的探槽和钻孔布设。     

FDTD数值模拟在GPR管线探测中的应用

探地雷达是一种非常重要的管线探测技术,为了提高地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高雷达资料的解释精度.论文从Maxwell两个旋度方程出发,推导了二维TM波的差分方程、CFL数值稳定性条件、频散关系.然后,基于Matlab平台编写了探地雷达正演的FDTD程序,应用该FDTD程序开展了管线探测中探地雷达探测效果分析,包括对管线埋藏深度、管线间距、管线内物质、管线材质等影响因素的数值模拟.通过分析雷达正演剖面特征,可以清晰了解并掌握雷达管线探测与各种影响参数之间的关系,对实际地下管线探测可起到指导作用.最后,将GPR应用于武广高速浏阳河隧道管线探测中,GPR准确地定位了PVC通迅电缆的位置在埋深,为工程施工与处置提供了依据.     

评价影响地质雷达用于探测地雷可行性的几个因素

地质雷达是探测地雷的有前途的技术方法之一。影响地质雷达探测地雷能力的因素很多,其中有:1)地雷材料(金属的或塑料的)的类型;2)周围土壤的条件(土壤结构和土壤中水分);3)所用的雷达频率。通过对地雷与围岩土壤之间的介电常数以及雷达波衰减的影响的研究调查了影响地质雷达探测地雷能力的几个因素从理论上评价和模拟了每一种因素的影响。发现雷达探测地雷的能力很大程度上与雷达类型、土壤含水量和结构,以及雷达频率有关。在任何土壤条件与雷达频率下,金属雷达比塑料雷达容易探测。不考虑土壤结构, 随着土壤中水分增大,对塑料雷达的探测变得容易,而对金属地雷探测难度增大。土壤中泥土含量比例增大引起与水分增大同样的影响。然而只要土壤中泥土和水分比例较低,较高雷达频率可以得到较好的地雷探测结果。研究结果有助于依据地雷类型和环境条件来选择最佳的雷达天线与数据采集参数。     

地质雷达在乌拉山山前断裂探测中的应用

地质雷达是利用电磁波对地下不同电性介质进行探测的地球物理仪器，其探测速率快、分辨率高，可弥补探槽和其他地球物理方法存在探测盲区的缺陷，正在越来越多地应用于活动断层探测领域。本文以乌拉山山前断裂为例开展地质雷达探测工作，使用无人机正射影像技术对测线进行地形校正，获得断层浅部地质雷达图像。研究结果表明，本文研究方法能有效反映探槽揭露的地层单元和断层分布。本次探测中，雷达波形图像特征为:浅地表的土壤层反射波总体较弱；粗粒沉积为主的砾石层反射波总体较强，同相轴连续性好；细粒沉积为主的砂层反射波弱于砾石层，波形以中、高频为主，同相轴具有弱连续性；对于洪冲积地区，地质雷达能分辨具有一定特征的地层单元，这为剖面图像的断层识别提供了标志；通过无人机正射影像技术对地质雷达测线进行地形校正，有利于获得更为准确的探测结果。     

分布式超宽带雷达地震被困人员协同探测技术

针对震后在大面积废墟下快速准确检测与定位被困人员的需求,本论文提出了用分布式超宽带雷达探测地震被困人员的技术,主要包括对分布式超宽带雷达协同探测网络构建、超宽带雷达生命迹象探测算法、分布式雷达节点探测数据融合方法等3个方面进行研究,对多雷达干扰抑制、分布式雷达节点自定位、微弱生命迹象稳健探测、废墟穿透定位误差补偿等关键技术难题提供了设计方案,为完成分布式超宽带雷达系统的研制奠定了技术基础。     

地质雷达有限差分逆时偏移方法研究

地质雷达技术是用于研究水文、环境与气候变化等重大科学问题最有效的地球物理技术之一,并广泛应用于检测道路和建筑内部结构,探测冻土层、沙漠沙丘演化特征,进行地质灾害和考古探测等.具有探测速度快、分辨率高和探测结果直观成像的优势.但由于受到介质横向速度变化,孤立块体的绕射波和倾斜界面复杂反射波的影响等,在雷达探测剖面上经常难以真实地反映地下目标体的空间位置和形态.偏移处理技术可以提高成像的真实性.逆时偏移能有效地利用回转波、多次波成像,使反射波准确归位,绕射波完全收敛,是一种受横向变化影响小,倾斜界面成像精度高的偏移方法.本文推导出基于麦克斯韦方程组TM波方程的有限差分格式、稳定性条件和PML边界条件,并编程实现有限差分零偏移距逆时偏移算法.两层模型和空洞模型的逆时偏移剖面与对应的原速度模型完全相同,有效地验证了有限差分零偏移距逆时偏移算法的准确性.相比于两层模型和空洞模型的Kirchhoff偏移剖面,逆时偏移剖面能更有效地提高垂直界面和空洞底界面的成像分辨率,更真实地反映两层模型和空洞模型的空间形态和内部结构信息.     

探地雷达多剖面联合解释方法及应用

在城市道路塌陷隐患探测中,相邻车道地下介质差异性较小,其探地雷达剖面之间具有较高的一致性和关联性,为了提高探地雷达资料解释的准确性和速度,综合对比分析相邻车道探地雷达剖面之间的相关性,提出了探地雷达多剖面联合解释方法,首先同时对多个相邻车道探地雷达剖面中的塌陷隐患病害同步进行分类和分级判释,然后将每个病害异常输出为单体病害文件至单体病害文件库,并基于人机交互方式对单向或双向多车道探地雷达剖面中的任意病害类型或病害等级进行综合统计、自动排序,可用于生成严重病害的现场加密复测验证单和最终的检测报告.结果表明:探地雷达多剖面联合解释方法能够同时对多个相邻车道探地雷达剖面同步进行对比分析、相互验证,能有效克服单剖面信息量不足的局限性,不仅可以快速辨别和剔除外界干扰形成的虚假异常,减少多解性,而且可以估算地下病害异常的面积范围和空间展布,有效提高解释的自动化、准确性和可信度,明显加快解释速度.     

曲靖非相干散射雷达功率剖面的初步观测与分析

介绍了非相干散射雷达功率剖面与电离层电子密度剖面之间的关系,给出了曲靖非相干散射雷达功率剖面的一些观测结果,结合电离层垂直探测数据,初步介绍了曲靖非相干散射雷达在夜间电离层波状扰动、低纬电离层异常区北驼峰位置、电离层电子密度日落增强和暴时变化等观测研究中的应用.本文结果丰富了对我国曲靖地区电离层空间天气特性的认识,显示了该雷达在我国低纬电离层空间天气观测研究中的良好应用前景.     

乌鲁木齐市华凌拟建地下停车场活断层探测与城市活断层探测手段适用性初步分析

根据在乌鲁木齐市拟建华凌地下停车场活断层探测与地震危险性评价工作，对通过乌鲁木齐闹市区的雅玛里克断裂进行了实验性探测。采用了浅层地震探测、地质雷达探测、地形测量和坑探剖面方法，对这些手段的适用性进行了初步分析和讨论。     

沙堆内小型管线的探地雷达模型实验研究

地质雷达作为一种新的探测技术,广泛应用于城市管线探测、特别是非金属管道(直径Φ为150～400 mm)探测,取得了良好的效果,但是对小口径管道的探测研究不多.本实验是对埋于中等湿度、均匀介质沙堆内的Φ为40～150 mm的管线不同组合模型,进行900 M、600 M、200 M雷达反射波图像观测,探讨单管、双管、三管的图像特征,研究探地雷达图像的影响因素.研究结果显示:雷达探测的实际分辨率达不到理论分辨率;高频率天线图像精细,适合探测浅小的管线;管道充填水后,多次波明显增强;路面街砖会削弱雷达的管线异常信号,出现类似倾斜岩层等干扰信号;利用多次反射波可求得管径.本实验有助于我们在城市地下管线探测中能够快速准确地识别各类地下异常体的探地雷达图像.     

地质雷达精细处理与解释

地质雷达探测技术已在基础建设工程中得到广泛应用。在研究地质雷达高精度特性时,不能脱离弱异常的精细处理解释。本文探讨了:(1)地质雷达噪声源;(2)雷达资料的精细处理和解释,重点讨论在处理解释中如何达到“精细”的过程。     

基于探地雷达回波信号获取污染土壤中污染物含量的研究进展

从探地雷达GPR(Ground Penetrating Radar)在土壤污染探测中的应用、污染土壤介电常数模型的演化和土壤介电常数求取三方面综述了目前国内外学者利用探地雷达技术开展的土壤污染探测研究.研究认为以土壤介电常数为纽带,采用适宜的方法从雷达回波信号求得介电常数,基于合理的土壤介电常数模型,通过神经网络技术,可驯化建立介电常数和污染土壤多个参数之间联系,从而实现污染土壤中多种污染物含量的监测.     

北京MST雷达探测中间层-低热层观测结果初步分析

北京MST雷达是子午工程建设的国内仅有的两部MST雷达之一,为研究其在中间层-低热层MLT区域的探测能力以及数据可靠性,本文应用北京MST雷达2012、2013两年高模式数据,从数据获取率、与廊坊流星雷达测风对比以及风场时空分布特征三个方面进行初步分析.结果是:(1)数据获取率日变化特征为:白天65~100km均可获取数据,数据获取率的高值区主要集中在70~80km,最大值可达80%;夜间主要集中在80~100km,数据获取率在30%及以下.表明该MST雷达白天可以探测到电离层D层和E层低层,夜间D层消失,只探测到E层低层.季节变化特征为:夏季白天可获取数据的时间和高度区间都比较大,春季次之,冬季最小.夏季白天以及日落后1h内可探测到120km.(2)对北京MST雷达与廊坊流星雷达2012年5月份、80~100km高度区间测量的水平风进行对比分析,二者测风结果在时空分布上有很好的一致性,表明MST雷达探测数据是可靠的.(3)2012年和2013年相应月份平均的纬向风、经向风时空分布特征有较高的一致性,并与HWM07模式结果也基本一致.上述初步分析结果表明,北京MST雷达对中间层-低热层60~120km高度区域已具备较强的探测能力,所得结果将可用于MLT过程揭示与驱动因子研究,并可与该高度上其他探测手段作综合研究.     

芦山震中区上地壳剖面二维波速结构模型反演

CT技术已经广泛应用到科学和工程领域,特别是在地球物理学和土木工程质量无损检测方面.本文用精密可控的地震波雷达在芦山震中区持续300 s向地壳主动发射低能量的线性调频弹性波,通过高灵敏度的地震仪器接收信号,实现对上地壳剖面波速结构进行无破坏性探测.用短时傅里叶变换分析记录到的线性调频信号的时间和频率特征,并用能量累积法提取信号的走时形成走时曲线图,识别震相后用射线追踪方法进行P波走时反演,得到了芦山地震震中区上地壳剖面二维波速结构.分析结果表明地震波雷达发出的信号符合控制要求,重复性高达99.7%;用能量累积法得到的地震波走时曲线易于识别震相.从芦山地震震中区上地壳剖面二维波速结构中可以看出,在芦山震中区附近有明显的波速差异,并且出现了向上凸起、向下急剧下降,再缓慢上升,呈"铲形"特征,存在低速层,分析出芦山地震是一次逆冲型地震,并且距震中区近的检测点波速比偏低,距震中区远的检测点波速比偏高.通过与其他方法研究结果对比,证明了用地震波雷达信号走时反演地壳波速结构是可行的.     

地质雷达在工程,环境管理和地质学方面的应用

穿透和穿入坚固材料内部的无损技术性能在那些可能需要损害性或破坏性方法进行研究的不同领域有着重要的应用，使用取心或钻探方法探测混凝土，土壤和岩可以提供有关地下特征的详细信息，但是只在距测试孔很近外才有效，地质雷达能够提供有关地下特征的连续的高分辨度剖面，因而可确定不同规模的目标和层位的位置，地质雷达技术在建筑，工程，环境管理以及矿产勘探等各种领域得到应用。     

GPR探测地埋管径研究综述

用无损探测技术来获取地下目标物的信息是当前研究的热点,探地雷达作为一种重要的工具及技术,已广泛应用在地埋管道直径的无损探测中,准确快速测定地埋管的直径,在理论研究与实际应用中都具有重要意义.本文在综合分析电磁波在介质中传播的基本特征和目标回波双曲线特征的基础上,讨论了用探地雷达无损探测技术来获取地埋管的直径特征参数的可行性;介绍了国内外目前主流的探地雷达设备,及相关学者在管径探测方面的研究进展;在国内外典型实例剖析的基础上,介绍分析了不同发展时期探地雷达测定地埋管管径的原理及测定方法;接着对地埋管径无损探测研究工作当前存在的问题进行总结.最后指出,地埋管探测的研究工作,应着眼于实现硬件轻便化、软件专业化、数据处理模型的智能化,才能更好的在实践中加以应用.     

三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用

道路塌陷空洞一直是威胁交通安全运行的重要隐患,对道路塌陷空洞的探测方法进行研究具有重大的现实意义。研究工作通过实例探讨三维探地雷达（GPR）对道路塌陷区进行探测的方法技术及其应用效果。为查明道路塌陷空洞的空间分布特征,在塌陷区布设了共23条测线,1.0 m×0.5 m的三维测网并进行数据采集;通过对雷达数据进行处理,获得不同测线、不同方向的三维雷达剖面。结合地质情况对上述图件进行综合分析与解释,准确地查明塌陷空洞的位置、埋深及发育程度;经开挖验证,解译结果可靠。工程实践表明,三维探地雷达技术可以快速、高效地应用于道路塌陷探测中,其探测结果可为塌陷区后续施工以及安全防治提供参考。      

地下管线探测雷达图特征分析

地下管线探测是测绘和物探专业相结合的一项工作,对地下非金属管线探测目前最适用的方法是探地雷达法.为提高探地雷达探测地下管线的效率和探测准确性,使管线探测专业人士可以更好的掌握探地雷达探测地下管线技术,本文通过理论分析探地雷达探测地下管线的工作原理及在北京市近45000 km地下管线基础信息普查工作中大量实验,对不同管径、不同埋深、不同材质的管线进行雷达探测,对比分析各种管线雷达图像的特征.文章分析出管线管径的不同表现在雷达图上是抛物线水平距离跨度的不同,管径越大,水平距离跨度越大.管线埋深的不同则表现在雷达图抛物线拖尾部分水平距离不同,埋深越深则拖尾部分跨度更长.不同管径和埋深的管线在探测的时候需要采用不同中心频率的雷达天线进行探测.管线材质的不同则特征更明显,直接表现在有无多次波出现和多次波的强弱、是否屏蔽深层有效信号、同相轴相位表现形式及波形特征等各个方面.该研究成果可指导今后城市地下管线普查和管线竣工验收时的管线探测工作.