钻孔雷达辐射场正演问题的研究

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1、原创性声明本人声明:所成交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:霭卞万翅日期:2003年5月20日关于论文使用授权的说明本人同意学校有权保留并向国家有关部门送交学位论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。同意学校及国家有关机关有权公布论文的全部或部分内容，并采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。论文作者签名:郭伙指导

2、教师签名:式·I日期:2003年5月20日日期:2003年5月25日提要钻孔雷达具有探测深、体积小、分辨率高、抗干扰、无损害等优点，是目前较为主流的地下探测方法。钻孔雷达一般使用偶极天线，所以对偶极天线辐射场正反演问题的研究是目前的当务之急，它直接影响着对钻孔雷达资料的正确解释，对进一步研究钻孔雷达天线的有关特性及钻孔雷达的设计起着非常关键的作用。另外天线的特性对辐射场也有很大影响，所以对天线特性阻抗的分析和研究对辐射场的研究也是极其重要的。本文对钻孔雷达进行了综述，包括钻孔雷达的发展历程、优点、工作原理、发展现状等。有耗介质的基本电磁参数对研究地下电

3、磁波的传播规律非常重要，本文在文献[41」的基础上，对无限均匀各向异性介质中的波参数神一一缩短系数和各向异性系数进行了数值计算，对其影响规律进行了较为详细的讨论。另外，对更一般的情况，即在钻孔倾斜或地质层面倾斜的情况下，无限均匀各向同、异性的电偶极子辐射场进行了数值计算和讨论。在实际情况下，有很多地质构造更接近于该地电模型。文献[411主要从介质的角度对偶极子场的特性进行了研究，本文在此基础上着重从天线的特性方面对其影响进行较深入的研究，这主要包括对跨孔雷达偶极天线特性阻抗的数值计算及分析。在研究过程中，涉及到复宗量贝塞尔函数的数值计算，由于它对本文的

4、结果影响较大，且各种数学手册无虚宗量贝塞尔函数值可查，所以对其进行了较为详细的研究。为了使程序具有更大的应用价值，本文在文献[411的基础上，编制了适宜于任意阶复宗量贝塞尔函数的应用程序，并与文献[411进行了对比，结果与文献[41」和[31]的结果完全吻合。应用本文程序对跨孔雷达偶极天线特性阻抗进行了数值计算，并对不同介质、频率情况下的影响规律做了详细分析，以上研究均得到了较为满意的结果，相信这些结论会对偶极子场、偶极天线场的反演及偶极天线的设计提供一定的帮助和借鉴。吉林大学硕士学位论文绪论一、钻孔雷达发展历程地面雷达是一种高精度、连续无损的检测手段

5、，它已经广泛应用于1:程、环境领域的场地探测，但其探测深度有限，一般不超过60m，钻孔雷达可以通过钻孔直接到达地下深部，针对所关心的岩层进行研究，从而探明地下深部的岩层特性。国外已有最大探测深度达2000m钻孔雷达，并在许多深部S程领域得到应用，而我国在这方面研究尚属空白。1998年12月，我国首次利用钻孔雷达，运用钻孔层析成像技术探测地下深部的灰岩岩层特性，填补了国内钻孔雷达层析成像技术研究的空白161从大量资料分析我们发现，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，水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查等是在19

6、82年至1987年完成的，也就是说，钻孔雷达用于实际探测的历史不过20年，而我国在此领域的研究历史则更短。目前我国主要是引进国外的仪器，从事钻孔雷达的应用和理论研究。二、钻孔雷达的优点钻孔雷达以其独特的优点占据了地质勘探领域的主导地位，其优点主要表现在以下几个方面:(1)钻孔雷达是一种非破坏性的地球物理探测技术，可以安全地用于城市和正在建设中的施工现场。(2)随着微电子技术的日新月异，雷达设备逐渐趋于轻便小型化，另外，抗干扰能力强，适宜于城市中各种噪声环境下_仁作。(3)钻孔雷达可以达到工程地质勘测方面较满意的探测深度，适宜于井间层析成像并具有较高的分

7、辨率。另外，一些设备还提供全数字化原始数据采集，记录，存储，处理，二维坐标的实时剖面记录显示和图件，图像清晰直观，工作效率极高。三、钻孔雷达的缺点每一种物探方法都有其局限性.对于钻孔雷达主要表现在以下儿个方面:(1)由于钻孔雷达采用了高频信号，介质对信号的吸收较强，影响了它的探测范围，对于电阻率比较大的介质便失去它的优势。(2)理论上采用长天线可以增大发射功率，但天线变长导致偶极天线的方向图复杂，不利于实测资料的分析。而短天线的方向图虽然简单，但发射功率却受到影响。(3)科技的发展己给我们提供了相当完各的探测手段，但由于理论解释的相对滞后，使得很多探测

8、资料得不到正确、及时、合理的解释。正因如此，钻孔雷达图像的正确判读和解释始终是钻孔雷达1二作者