未饱和砂土含水量GPR反射波法检测研究

未饱和砂土含水量变化会引起介电性质改变,影响土体中电磁波传播速度。利用GPR反射波法测得土体电磁波速后,基于正确的土体介电常数模型可求得含水量,这一过程具有快速、连续、无损特点。为实现目标,以不同粒径组成的3组典型砂土为样品,利用探地雷达反射波法测定其介电常数,研究影响土样介电常数的关键因素和遵循的介电常数模型,讨论基于介电理论的土体含水量求取方法。研究表明粒径级配差异不会引起砂土介电常数较大变化;含水量是决定其介电常数的关键因素,两者关系可采用拟合的Topp或Alharathi型公式表示;砂土介电常数遵循Looyenga混合介电常数模型。研究成果在土方路基含水量连续检测中得到有效应用。     

混合物介电常数的新公式

本文给出了混合物介电常数的新公式并用一个例子验证了新公式的有效性.此公式可以代替现有的公式应用到测井解释中,以提高解释的精度.     

1 kHz—15 MHz岩石介电常数的实验研究

平行板电容法是低频段测量介质介电常数的一种方法，本文介绍使用ＨＰ１６４５１Ｂ低频段介电测量装置测量岩石介电特性的方法。给出岩石介电常数与岩性、孔隙度、含水饱和度矿化度和频率的关系，为进一步研究岩石低频段介电特性和机理提供依据。     

Evaluating some factors that affect feasility of using ground penetrating radar for landmine detection

Ground penetrating radar （GPR） is one of the promising technologies that can be used to detect landmines. Many factors may affect the ability of GPR to detect landmines. Among those factors are： 1） the type of landmine material （metallic or plastic）, 2） conditions of the host soil （soil texture and soil moisture）, and 3） the radar frequency utilized. The impact of these factors on the ability of GPR to detect landmines is investigated by studying their effect on the dielectric permittivity contrast between the landmine and the host soil, as well as on the attenuation of the radar waves. The impact of each factor was theoretically reviewed and modeled using the Matlab and Mathcad software packages. Results of the computer modeling were correlated with GPR data acquired for metallic and plastic landmine types. It was found that the ability of GPR to detect landmines depends to a great extent on the landmine type, water content of the host soil, utilized radar frequency, and soil texture. The landmines are much easier to detect than plastic landmines for any soil conditions and any radar frequency. Increasing the soil＇s moisture content, regardless of soil texture, eases the detection of the plastic landmine and worsens the detection of the metallic mines. Increasing the percentage of clay in the soil causes the same effect as the moisture content. However, higher radar frequency delivers better results for landmine detection as long as the percentage of clay and the moisture content in the soil remains low. The results of this study are expected to help in selecting optimum radar antennae and data acquisition parameters depending on the landmine type and environmental conditions.     

氯化钠盐土壤介电虚部特性的初步研究

含水含盐土壤的介电虚部模型是土壤含水量含盐量的函数。通过一系列关系研究：介电常数虚部ε＂，土壤导电率σa，土壤溶液导电率σw，土壤溶液离子浓度SMv，含盐量S，最终得到介电常数虚部ε＂和土壤含水量Mv。含盐量S的关系，即土壤介电模型。通过微波网络仪，对150组具有不同含水含盐量的土壤，在频率范围0．2-20GHz（频率取样间隔为0．05GHz）进行介电常数测量。在不同频率下，利用这些实测数据通过最佳拟合的方法确定土壤介电模型中的待定参数，从而得到不同频率时土壤介电虚部经验模型。另外，利用吉兰泰地区41个含盐土壤样品进行模型验证，结果表明，模型计算值与测量值高度相关。最后得出：（1）含盐量对介电常数虚部的影响随频率增大而降低；（2）土壤类型和介电常数虚部几乎没有相关性。     

月壤介电常数反演方法及应用

对月球的探测是人类在太空探索的第一步。介电常数是用来描述物质材料在外加电场中储存和释放能量能力的参数,对月壤介电常数的测量有助于人类研究月壤厚度和次表层结构,了解月球的起源和演化历史。人类主要通过对月壤样品进行检测、微波遥感探测以及雷达就位探测等三种方式测量月球表面和内部的介电常数。文章主要介绍了各国对月壤介电常数的反演方法、结果及介电常数的主要应用。同时,文章还结合测量结果,简要比较了各种测量方法的优劣,总结出各方法的差异,并基于之前的研究,展望了中国对检测嫦娥五号采集的月壤介电常数和反演火星介电常数的进程。     

基于GPS反射信号的岸基海冰探测的研究

本文论述了全球导航卫星系统反射信号测量（GNSS-R）在海冰介电常数和海冰密集程度方面的潜在的研究价值,对欧洲空间局在格林兰岛迪斯科海岸采集的海冰数据进行分析,处理了两种反射信号的幅度的量化关系,同时跟踪多颗GNSS卫星并且保证了数据处理时间的连续性和有效性。根据双极化反射信号的幅度极化比和模拟海冰表面复介电常数得出结论, 幅度极化比和海冰表面的介电常数变化有联系。     

基于包络检波和STFT谱分析的探地雷达土壤分层信息识别

土壤分层信息,特别是表土层结构,对土地生产力具有重要影响,是评价土壤质量的一个重要指标。为了快速、准确地获取土壤分层信息,本文利用探地雷达对分层土壤进行了回波信号采集,并分别在时域和频域分析土壤层位置和层厚信息。首先在信号预处理的基础上,借助包络检波方法确定在土壤分层界面在时域上的位置;然后获取电磁波速度,得到土壤分层厚度。考虑到土壤介电常数与电磁波在土壤中传播速度的相关性,采用短时傅里叶变换方法（Short-time Fourier Transform,STFT）获取各土壤层时频域特征值,并利用回归分析建立特征值与介电常数之间的数学关系,实现对各土壤层的介电常数估算,从而计算出电磁波传播速度,进而确定土壤各层厚度。为验证算法的有效性,分别对理想模拟实验环境和农田环境进行了探地雷达实验,结果表明利用包络检波对探地雷达回波信息进行分析,土壤层检出率达到94.5%,借助STFT谱分析进行探地雷达回波速度估计,对于70 cm深度以上土层厚度计算误差大都保持在10%以下,但随着土壤深度的增加,误差变大。总体来说,本方法能有效识别浅层土壤的分层信息,可应用于实际生产中耕层厚度的估测。     

基于测月雷达机制月壤相对介电常数反演方法模拟研究

嫦娥三号卫星于2013年12月2日发射,并成功着陆月球,其巡视器上搭载的测月雷达实现了首次雷达就位探测月球。基于测月雷达的探测机制,给出了两种计算月壤相对介电常数的方法,标定件标定法和双天线时延法,并通过仿真验证了两种计算方法的有效性,文中同时给出了两种计算方法存在的局限性,为后期基于嫦娥三号雷达数据进行月球次表层的介电特性反演提供了重要依据。