探地雷达培训讲义

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1、探地雷达培训讲义1：概况1.1：探地雷达技术的起源探地雷达的原义为GroundPenetratingRadar，简称GPR。探地雷达和探空雷达相似，它利用宽频带高频时域电磁波脉冲的反射来探测地下目标，由于探测的目标是地下物体的反射，故称之为探地雷达。目前探地雷达的频率介于106～109Hz之间。将雷达原理用于地下目标的探测，早在1910年就已经提出，当时德国学者G.Leimback和Lowy曾以专利形式阐明这一问题。以后，J.C.Cook于1960年用脉冲雷达在矿井中做了试验，其结果不尽如人意。由于电磁波在地下介质中的传播特性比空

2、气中要复杂得多，早期的探地雷达仅在条件较简单的情形下才能获得好的结果，如在冰面及岩盐矿等介质中。探地雷达技术的发展和应用领域的扩大是随着数字处理技术的应用和发展及电子技术的提高而发展起来的，仪器信噪比的大大提高，适得获取地下弱小的目标反射成为可能，而数字处理技术的应用，又使这些弱小信息的提取成为现实。1971年Takazi和1973年Kitahra在石灰岩地区采石场的探测；1974年R．M．Mofey；1976年，1977年A.P.Annan和J.L.Davis，1978年Olhoeft,Dolphin等，1979年Benson等

3、所进行的工程地质探测；1975年J.C.Cook的煤矿井探测；1982年C.P.Kulriksen的泥炭调查；1982年D.L.Wright，RD.Watts放射性废弃物处理调查及1982～1987年加拿大42日本、美国、瑞典等报道地面和钻孔雷达用于地质构造填图、水文地质调查、地基和道路下空洞及裂缝调查、埋设物探测和水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查等，表明探地雷达在这时已广泛应用于各领域。随着微电子技术的迅速发展，现在的深地雷达设备早已由庞大、笨重的结构改进为现场适用的轻便工具。目前，已推出的商用探地雷达有：美国地球物理探测设备公司

4、（GSSI）的SIR系列，意大利RIS雷达，微波联合公司（M／A－Corn，Inc．）的TerrascanMK系列，日本应用地质株式会社（OYO公司）的GEORADAR系列，加拿大探头及软件公司（SSI）的PulseEKKO系列，瑞典地质公司（SGAB）的RAMAC钻孔雷达系统等。这些商用的探地雷达所使用的中心工作频率在10～3000MHZ范围，时窗在0～20000us。根据不同的地质条件，地面系列的探测深度约在30～50m，分辨率可达数厘米，深度符合率小于±5cm。探地雷达由于采用了宽频短脉冲和高采样率，使其探测的分辨率高于所有

5、其它地球物理探测手段，又由于采用程控多次叠加和多波形处理等信号恢复技术，因而大大改善了信噪比和图象显示性能，多天线高速扫描接收使探测效益更高，并能同时满足不同探测精度的要求，实现高工效、低成本真实地质情况等探测的要求。1.2：我国的发展概况我国的探地雷达仪器研制始于70年代初期，地质矿产部物探研究所、煤炭部煤炭科学院重庆分院，以及一些高等院校和其它研究部门均做过探地雷达仪器研制和野外试验工作。当时使用的是同点天线，以高频示波器显示回波，直接读取初至或照相记录波形。但由于种种原因，这一技术未能正式用于实际，最终均以失败告终。42探地

6、雷达技术在我国的再一次兴起于20世纪80年代未、90年代初。在探地雷达的应用推广和理论研究方面，中国地质大学（武汉）作出了较大的贡献，进行了深地雷达地下目的体的正反演研究工作，完成了大量的物理模拟和数值模拟的实验和计算工作，在理论研究方面起到了较好的带头作用，结合大量的野外实际探测工作所积累的经验，出版和发表了较多的文集，对探地雷达技术在我国的推广具有十分重要的作用。目前，我国的探地雷达仪器还处于开发试验阶段，已有多家单位正在进行探地雷达仪器的研制，并已推出部分样机，因种种原因，还未进入商用。现工勘市场上所使用的仪器除研制单位采用

7、自制样机外，其余均为进口仪器，其型号和性能也有较大的差异。探地雷达已在各行义得到广泛的应用，其理论研究工作也正日益扩展。1.3：探地雷达的应用领域由于探地雷达具有下列技术特性已为其开拓应用领域，尤其是在工程地质领域的应用铺平了道路：（1）地雷达是一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于城市和正在建设中的工程现场，工作场地条件宽松，适应性强。（2）抗振动干扰能力强，来往车辆和行人对其影响可忽略不计，可在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰影响小。（3）具有工程上较满意的探测深度和分辨率，现场直接提供实时剖面记录图，图象清晰直观。（4）便

8、携微机控制数字采集、记录、存储和处理，现场仅需1～5人或更少人员即可工作，工作效率高。42现探地雷达技术现已渗透到各个不同的领域，地矿、水利水电、煤炭、铁道、交通、有色、建筑、环保、考古等各领域均已得到广泛应用。1.4：探地雷达的发展前景及局限性1