高分辨率探地雷达及实验研究

本文作者开发基于E5071B型矢量网络分析仪(VNA)的高分辨率探地雷达系统(LANRCS—GPR),该系统立足于频率域探地雷达系统的宽频带和适应性强的优点之上,充分发挥了矢量网络分析仪具有的超宽带、高精度测量等特性。该系统采用LAN方式进行系统联机控制方式,使系统组建成本低廉、易于扩展:本系统采用了计算效率高的F-K偏移方法作为实时成像方法。系统测试实验表明,该系统具有很高的探测分辨率,探测精度高,信号信噪比高,系统动态范围大,而且系统的操作灵活可靠,适应范围广,系统功能可扩展性强。该系统的研究开发为将来成品频域探地雷达系统的研发提供了理论、实验基础,同时也为电磁波传播研究及电磁探测研究搭建了一个采集数据精度高、信息量大、适应范围广、操作方便的实验平台。     

探地雷达测定土壤含水量的研究进展

结合国内外关于探地雷达测定土壤含水量的最新研究成果,阐述了探地雷达测定土壤含水量的基本原理和计算方法,总结和评价了土壤含水量与土壤介电常数的不同计算模型,针对在实际应用中存在的不足,提出了相关改进措施,并展望发展方向.     

探地雷达属性技术进展

探地雷达属性技术经过近十年的发展,其重要性已得到众多学者的逐渐认可,应用领域也越来越广泛,为了使该技术能进一步的深入发展,对其进行较全面的总结、评价和分析十分必要.本文通过对国内外资料的收集和分析,总结探地雷达属性技术中的成果,回顾了其发展历史,列举了目前常用的属性,阐述了具体研究方法,介绍了该技术应用领域,并对今后的发展进行了展望,认为探地震达属性技术拥有良好的应用前景.     

探地雷达测量土壤含水量的应用研究

快速、准确地获得土壤含水量信息对农业、水文地质、工程地质和环境科学都具有十分重要的意义.作为中尺度的非侵入型的探测土壤含水量的方法,探地雷达方法受到越来越多的重视,具有广阔的应用前景.本文基于速度分析原理和混合介质介电模型,建立了一套计算土壤含水量的探地雷达数据处理和分析流程.利用提出的数据处理和分析流程对多层水平介质模型的正演模拟数据进行了处理和分析,获得的结果说明了应用此套流程对探地雷达共中心点(CMP)数据估计土壤含水量是适用可行的.然后应用此流程对蒙古国乌兰巴托市水源区域采集的CMP数据进行了处理和分析,并与观测井的信息进行对比,获得了该区域准确的地下水位和土壤含水量信息.正演模拟数据和实测数据处理分析结果验证了探地雷达方法测量土壤含水量的有效性和可靠性.     

路用探地雷达的应用技术研究进展

有效、无损、快捷、简便是公路检测技术发展的方向，当前国内外先进的浅层勘探技术——路用探地雷达检测，以其无损、快捷以及浅层高分辨率的优势被迅速应用于公路检测。本文对近年来路用探地雷达技术的发展及应用情况进行了介绍，详细分析了探地雷达的工作原理、系统组成结构。就探地雷达在公路建设、维护过程中的应用情况进行了系统总结。     

基于探地雷达粉煤灰充填复垦土壤含水率反演

为探究通过电磁波属性信息反演复垦土壤含水率的可行性,本文以安徽省淮南市平圩复垦农田土壤为研究对象,使用探地雷达(GPR)系统采集电磁波数据,运用FIR(Finite Impulse Response)滤波、Hilbert变换等信号处理方法,揭示雷达电磁波与含水率的响应机制.结果 表明:探地雷达电磁波振幅属性与含水率之间存在明显响应特征,相比较之,指数回归所构建的振幅包络平均值(Average Envelope Amplitude,AEA)模型对土灰混合体含水率的预测效果最好,决定系数R2达到0.83,均方根误差RMSE为1.48％;而对覆土土壤而言,采用多项式回归所构建的AEA模型对含水率的预测效果更好,R2达到0.9,RMSE为0.83％;AEA法在耕层厚度范围内电磁波振幅属性与含水率响应程度强烈,在此范围外随土层厚度的增加响应程度愈低.表明基于GPR的粉煤灰充填复垦土壤耕层含水率反演方法可行,研究成果可为探地雷达在土地复垦质量评价方面提供技术支撑.     

探地雷达应用概述

以ASTM标准规范为基础对探地雷达（Ground Penetrating Radar 以下简称GPR）的地下探测方法的应用做了比较系统的概述,主要内容包括：部分专业术语的解释;测试过程中雷达探测深度及其中心频率、垂直分辨率、水平分辨率等的关系,测试过程中常见的天线移动方式,以及雷达波速的预测几种方法,数据显示方式;雷达数据解释和数据处理的一般过程及方法.目前我国尚没有关于GPR的国家规范或行业标准,文章对GPR的使用及规范的编制具有一定的参考意义.     

中尺度模拟土壤油污染区探地雷达探测效果分析

为使物理模拟实验效果与实际探测情形更为接近,在室外自然条件下建立中尺度土壤石油污染实验模型,油污染区扩展深度超过1 m,采用实地探测中常用的500 MHz雷达天线进行长期定时探测.通过实测雷达图像特征、土壤含水量含油量分析,并对比前人开展的小尺度室内模拟试验结果,综合评价探地雷达对油污染区的探测效果.研究表明探地雷达探测图像异常特征与污染区扩散阶段密切相关:包气带内油污染区会引起振幅增强;毛细带的油污染区则表现为水位面反射轴附近清晰可辨的高幅异常区,且水位面反射轴呈下凹状;随扩散过程持续进行,异常区下移与水位面反射轴相交,并产生水平扩张.当污染土含油饱和度大于20%时,可通过雷达图像异常区圈定污染范围;当污染土含油饱和度大于15%时,可通过频谱图出现低频响应的位置圈定污染区水平范围.中尺度实验结果与室内小尺度模拟结果具有一致性,可作为油污染区雷达图像异常的解译依据.     

探地雷达层厚度值提取技术研究

针对劳雷公司randan不同版本所生成的层厚度数据(.LAY,.CSV)文件在数据处理过程中操作重复性高,过程单调、乏味、效率低的问题,设计并编制探地雷达层厚度值提取应用程序(以后简称"厚度提取宏").分析传统探地雷达层厚度数据(.LAY,.CSV)文件处理的中间过程,确定厚度提取宏具有文件自由选取功能、外部数据导入功能、数据中间处理功能、数据文件批处理功能等共四大功能,设计对应的功能程序模块,编制厚度提取宏.厚度提取宏能一键化批处理一个文件夹下的所有探地雷达层厚度数据(.LAY,.CSV)文件,大幅度提高探地雷达数据文件处理效率.厚度提取宏简单易用,实用性强;将数据处理的中间过程后台化,避免数据文件处理过程中的误操作;相对于传统的层厚度数据处理方法,效率大幅度提高,有三十倍以上的效率优势;厚度提取宏具有拓展功能,如有需要,可拓展到其他探地雷达厂家数据文件的数据处理过程中.     

岩溶勘察中的探地雷达技术及应用

岩溶的空间分布和物性特征为探地雷达技术进行岩溶地球物理探测提供了基本前提条件.在已有的探测实例中应用探地雷达方法基本查明了岩溶的分布范围和充填性质，从而为岩溶区的岩土工程勘察和评价提供了有效手段及依据.     

探地雷达用于隧道超前地质预报中数值模拟研究

隧道地质超前预报在隧道工程施工中有着重要的作用,探地雷达法(GPR)作为隧道地质超前预报方法之一,具有探测对施工干扰小、探测效率高的优点,但在图像解译和探测的深度方面存在不足.本文分析GPRMAX正演模拟的基础理论,并讨论了二维有限差分法(FDTD)基本参数的选取,对隧道前方的不良地质体进行正演数值模拟,得到不同地质体的反射图像特征,并结合工程实例,说明该正演模拟能够指导解译工作.     

探地雷达在LNAPL污染土壤探测中的应用进展研究

轻非水相液体(LNAPL)的不当使用、渗漏及不当处置等会造成严重的土壤和地下水污染,威胁环境和公共卫生安全.探地雷达(GPR)作为一项重要的浅表地球物理观测技术已在LNAPL污染土壤探测中发挥重要作用.本文对近年来国内外学者利用GPR探测LNAPL污染土壤方面的理论和应用研究进行梳理,结合实例主要从以下几个方面开展评述.这些方面包括LNAPL污染土壤电性特征、基于GPR探测的LNAPL污染土壤建模、GPR信号响应、GPR的测量方式等.这些理论与应用研究为如何从场地的地质和水文背景中提取与污染有关的GPR信号做出了指导与成功的示范.现场和实验室的大量的研究工作表明,所有成功的案例都不可能倚赖单一的手段或方法.直接(例如,钻孔)和间接(例如,GPR)调查结合,多手段、多方法的有效配合,才有可能最大程度的减小探测结果的非唯一性,达到全面准确了解污染场地的目的.     

探地雷达技术在古墓完整性探测中的应用

介绍了应用探地雷达探测地下古墓的原理及技术，阐述了该技术的基本方法及其数据图像处理过程，通过对湖南西部某处古墓的完整性探测，表明探测效果良好。     

全极化探地雷达采集系统及校准技术

依据极化技术在目标检测中的优势,将其融入到探地雷达测量中,构建了全极化探地雷达采集系统.包括硬件组合及软件设计,在硬件匹配的基础上,利用软件技术将硬件操作单界面化,实现了系统的自动运行.利用此系统在实验室内对几种典型目标体进行了测试,得到其全极化信息响应,鉴于极化散射矩阵能够完全表征目标体的极化特性,计算了目标体的极化...     

多次覆盖技术在探地雷达勘探中的应用

多次覆盖技术作为一种增强信号、压制干扰的方法,广泛用于地震勘探工作中,可以大大提高有用信号的信噪比。本文作者把多次覆盖技术引入探地雷达测量工作中,通过与剖面法作对比试验来论证多次覆盖技术在探地雷达勘探中应用的可行性及优缺点。作者根据试验资料总结探地雷达工作中雷达波传播规律、工作参数、资料处理方法,对丰富探地雷达勘探技术作了一次有益的尝试。     

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.     

管线模型的探地雷达物理模拟实验

地下管线是保障城市运行的重要基础设施与生命线,开展管线探测是城市地下工程建设中必不可少的环节.探地雷达正演有助于掌握雷达波在地下的传播规律、加深对管线回波的认识.由于真实的地下介质分布不均匀、测区环境充斥着多种干扰,导致实际的探地雷达剖面中回波信号成分复杂、目标双曲线形态不完整,难以直接进行地质解释,而数值模拟常不考虑杂波干扰,模拟结果相对理想化.因此,本文聚焦于管线模型的物理模拟实验,在室内实验室和野外现场构建了一系列不同材质、不同埋深、不同管径的管线模型,利用不同中心频率的天线开展探测实验;分析了地下管线的雷达波传播规律及特征;结合管线材质、大小和埋深等信息,进一步验证雷达资料解释的准确度.结果表明：在背景介质均匀的沙池实验中,原始雷达剖面中背景噪声较小、目标双曲线形态完整,金属管线的反射波能量最强,含水管线会引起明显的多次波.而在野外现场采集到的雷达数据中存在较多的噪声干扰,不同管线引起的雷达回波呈双曲线或“类双曲线”;与背景介电常数的差异越大,反射波能量越强;相较于深埋管线,浅埋管线的双曲线特征更明显、振幅能量更强.由此可见,不同管线具有不同的双曲线特征、相位和振幅特征,可为地...     

数字填图技术在战略性矿产远景调查填图中的应用

1：5万瑞金市幅战略性矿产远景调查填图采用了数字填图技术。本文详细介绍了数字填图的前期准备工作、野外PRB过程、PRB数据室内资料整理操作过程、成果表达等内容。我们的实践表明,数字填图技术实现了矿产地质调查填图野外观察图、文、像的数字化,改变和优化了传统的矿产地质填图的精度和资料整合方式,大幅度提高了矿产调查的工作效率,缩短了找矿填图周期。     

中国南极科学考察探地雷达海冰探测

环绕着南极大陆陆缘海冰隐伏冰裂缝发育,严重威胁我国南极科考海冰运输的安全.探地雷达可以精确、快速、有效探测海冰层序空间结构、隐伏冰裂缝两翼形态、冰裂缝的分布范围等关键要素.探冰队对拟选东部线路约22 km进行雷达探冰作业,新发现规模较大隐伏冰裂缝5条.评估了中国第30次南极科考队海冰卸货运输路线,为科考船"雪龙"号上大量物资、科考设备和重型装备安全运抵中山站保驾护航.     

全极化探地雷达正演模拟

全极化探地雷达不但能获取当前探地雷达使用的共极化信息,而且能使用交叉极化信息,进而更好地分析目标属性.本文在时域有限差分法的基础上,构建了全极化探地雷达的正演模拟方法,通过水平正交双方向同时接收获取全极化信息.标准目标体金属板和角反射器的正演模拟与实验室物理模型测试一致的共极化和交叉极化响应信息,证实了该正演模拟方法的有效性.同时还模拟了典型目标(随机表面和斜裂缝)的响应.正演模拟和实验结果均反映出结合交叉极化响应和共极化响应信息有助于识别和判断目标的方向、结构组成等属性.