探地雷达技术与应用学习资料

三、探地雷达原理
•电磁参数不同导致反射：
三、探地雷达原理
➢探地雷达距离分辨率：
•探地雷达距离分辨率取决于信号带宽；
R v 2B
➢探地雷达方位分辨率：
•探地雷达方位分辨率取决于天线孔径； •天线孔径：合成孔径；实孔径；
三、探地雷达原理
➢探地雷达数据格式：
天线 x
y
幅度
空气-地面 目标 t
t 天线
一、探地雷达研究动态
1、国内研究动态：
电子科技大学1986开展雷达探测地雷的研究，对埋 地30多公分深的塑料地雷（直径约30cm）进行了较清 晰的剖面成像，获1987年电子工业部科技进步二等奖。
其他单位，如西安交通大学、清华等，以及电子 部22所、50所，航天部等单位都对探地雷达进行了卓 有成效的研究，已有产品推出。但是，到目前为止， 尚未见到我国有用合成孔径技术的探地雷达报道。
1
Along Track [m]
r(x, t)


e
j 2f
(
t
0

2d c
)
四、探地雷达系统
➢探地雷达系统框图（以冲激雷达为例）：
时钟 定时电路 脉冲生成器
采样控制 时变增益 低噪声放大
采样保持电路
ADC
数据处理
显示
四、探地雷达系统
探地雷达主要组成部分：
•发射机和接收机 •光纤电缆 •天线 •控制台 •笔记本电脑
四、探地雷达系统
➢探地雷达天线：
•超宽带； 超宽带定义：相对带宽大于25％ ； •最大相对带宽200％； •浅地层探地雷达波形谱能量在几MHz到几GHz，相对 带宽接近200％； •可分为双站雷达和单站雷达；
四、探地雷达系统
➢探地雷达发射机：
•冲激源； •信号宽度1ns左右； •发射脉冲前沿陡峭、拖尾小； •峰值功率大于400伏； •典型冲激GPR峰值电压达到1KV，峰值功率达到10KW；
二、探地雷达应用
•城市地下管线探测：
二、探地雷达应用
•管线探测的探地雷达图像：
二、探地雷达应用
•建筑物质量检测，公路检测：
二、探地雷达应用
•探测地雷：
二、探地雷达应用
•探测雷场：
二、探地雷达应用
•地质勘查：
左图：大同某隧道地裂缝勘探
二、探地雷达应用
•地质勘查：
二、探地雷达应用
月 球 探 测
波形 Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse Impulse SFCW Impulse
频率，MHz 16-1500 16-1500 12.5-200 110-1200 125-375 250-750 25-1000 50-2000 200-4000 38-2000 100-1000 500-1000
探地雷达技术
报告人：周正欧，教授、博导
内容简介
➢探地雷达：Ground-Penetrating Radar (GPR)；Ground-Probing
Radar (GPR) ; Subsurface-Penetrating Radar (SPR)
• 探地雷达研究动态； • 探地雷达应用； • 探地雷达原理； • 探地雷达基本概念； • 信号处理方法；
一、探地雷达研究动态
电 子 科 技 大 学 研 制 的 探 地 雷 达 样 机
一、探地雷达研究动态
1、国外研究动态：
•1904年，德国的Hulsmeyer首次采用电磁波探测地 下的金属物体； •1910年Leimbach和Lowy在德国首次获得关于利用 电磁波对埋藏物体进行定位的专利； •在1926年Hulsenbech第一次使用脉冲技术探测埋藏 介质的结构； •从1930年起探地雷达获得迅速发展并被应用到各 行各业。 •上个世纪七十年代，开始展开对频域探地雷达的 研究。
制造商 GSSI,USA GSSI,USA Sensors & Software Inc. Sensors & Software Inc. Sensors & Software Inc. Sensors & Software Inc. Mala GeoScience,Sweden Koden,Japan GeoZondas Ltd,Lithuanian Radar Systems,Latvia GeoRadar,USA ERA Technology, UK
三、探地雷达原理
3、基本概念：
➢介电常数：
•物质电磁特性：介电常数，磁导率，导电率；
•电磁阻抗不同导致电磁波反射；
•对非磁性材料，磁导率是常数；此时介电常 数不同产生反射，导电率决定衰减；
电磁阻抗：
jw e jw
其中：
e " s
三、探地雷达原理
•探地雷达探测中常见物质的电参数：
➢国外探地雷达类型：
•下视探地雷达（人拖或车载）； •前视探地雷达；
➢国外探地雷达类型：
•侧视探地雷达； •机载探地雷达；
二、探地雷达应用
➢探地雷达应用领域综述：
二、探地雷达应用
•桥梁检测：
二、探地雷达应用
•地基检测
二、探地雷达应用
•高速公路、机场质量检测及地基检测：
二、探地雷达应用
•高速公路、机场质量检测及地基检测：
数据采样
数据理
发射天线
接收天线
埋藏目标
三、探地雷达原理
2、探地雷达体制：
探地雷达
时域
频域
幅度调制 （单周波）
无载波 脉冲
步进 变频
伪随机 噪声
线性调频 连续波
步进 Chirp Chirp
三、探地雷达原理
➢目前成熟的商用GPR系统：
型号 SIR-10 SIR-2000 Pulse Ekko 100 Pulse Ekko 1000 Noggin 250 Noggin 500 Ramac KSD-21 GZ6 Zond 12c GeoRadar 1000B SPRscan
x
x 空气-地面
目标
x
y ti
t (a)
t
t
(b)
三、探地雷达原理
➢双曲线的形成：
Position Along Track
1
2
3
4
5
6
7
8
Air Layer 2 Target
d (xi x0 )2 z02
Depth [inches]
3 0 -3 -6 -9 -12 -15
-0.5
0
0.5
二、探地雷达应用
北极冰下水流线探测（1975年）：
二、探地雷达应用
考古探测：
二、探地雷达应用
•其它应用：
三、探地雷达原理
➢1、特殊性（与机载雷达相比）： •目标不动； •两层介质；其中一层介质（土壤）是有耗、不均匀、色散； •空气－地界面的存在导致很强的地表杂波； •目标处于天线近场；
发射机