地波雷达介绍..
第七讲地质雷达波相识别_图文(精)
第七讲地质雷达波相识别地质雷达反射记录的波形比地震波复杂的多,一方面是由于地质雷达分辨率高记录的信号丰富,另一方面是由于电磁波的干扰因素多,此外还由于雷达发射的子波比较复杂,并非简单的脉冲。
因而雷达资料的处理与解释是一项复杂细致的工作。
特别是各种地层、目标体、干扰波的识别需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。
7.1 地质雷达的波组特征雷达天线发射的是子波而不是单脉冲,子波由几个震荡波形组成,占有一定的时间宽度,反射与折射波依然保持有原来子波的特点,只是幅值上有所变化。
这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。
子波的频率成分与天线的主频相近,持续一个半到两个周期,后续振相略有衰减。
例如对于100MHz天线的子波,持续时间可到15-20ns,对于1GHz的天线,持续时间约2ns。
子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的,它是小波处理的基础。
有很多方法可以获得各种频率天线的子波,最简单的方法是利用金属板反射。
将一块较大的金属板放置于地面上,发射与接受天线与金属板平行,相距为3个周期的时程,进行数据采集,即可获得子波记录。
不同类型的雷达、不同型号的天线,雷达子波的形状是不同的。
天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响,应根据现场工作条件从记录中分离子波。
从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。
表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波形。
对其进行分析可以得到子波的波组特征7.2 地质与工程介质结构及反射特征雷达的探测对象通常是多界面结构,如各类地层、岩性,松散层、风化层等都是多层结构。
隧道中的围岩、初衬、二衬等,也是多界面结构。
雷达波向介质内传播时,被称为下行波,经反射回表面的波称为上形波。
下行波每遇到一个界面就发生一次反射和折射,入射波能量即被分成两部分,一部分经折射继续向下传播,另一部分经反射掉头向上,变成上行波。
反射与折射能量的分配与反射、折射系数的平方成正比。
雷达介绍PPT课件
三、雷达的发展历史
•1842年，奥地利物理学 家多卜勒——率先提出了 速度与音高关系的多卜勒 效应。
•1865英国物理学家 Maxwell ——描述了电磁 场理论
•1886德国物理学家 Hertz ——发现了电磁场 并证明了 Maxwell 的理论
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二、雷达和无线电通信的比较
雷达与无线电通信的共同点： ➢二者的理论基础是一致的，都涉及到电路与系统、电磁场与微 波技术、信号与信息处理、计算机应用等学科； ➢电子系统大部分相似，都包括发射机，接收机，信号处理机等。
总体来说，雷达系统比通信系统要复杂得多；雷达对 信息获取的要求更高、难度更大；雷达的信号形式更 多，更复杂，信号处理更复杂。
三、雷达的发展历史
•60年代，电扫描相控阵天线。美国AN/SPS-33防空相控阵雷 达工作于S波段（2G～4GHz,10cm），方位机械扫描，仰角 电扫描。 •1964年，美国装置了第一个空间轨道监视雷达，用于监视人 造地球卫星或空间飞行器。 •60年代，NRL美国海军实验室研制成探测距离在3700km以 上的“麦德雷”高频超视距雷达，首先证明了超视距雷达探 测飞机，弹道导弹和舰艇的能力，还能确定海面状况和海洋 上空风情的能力。
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三、雷达的发展历史
•合成孔径雷达、相控阵雷达、脉冲多普勒雷达在70年代得到新 的发展。 •70年代中期，合成孔径雷达的计算机成像。装在卫星的合成孔 径雷达获得分辨率25×25m的雷达图像，1cm波段的机载合成 孔径雷达可以达到0.09m2的分辨率。 •70年代越南战争后期，出现用甚高频（VHF）雷达探测地下坑 道。 •空间应用方面，雷达用来帮助“阿波罗”飞船在月球着陆，在 卫星方面被用作高度计，测量地球及其表面的不平度。 •70年代，“丹麦眼镜蛇”雷达是一部又代表性的大型高分辨率 相控阵雷达，美国将该雷达用于观测，跟踪苏联勘查加半岛下 靶场上空的多个再入弹道导弹的弹头。
地质雷达技术讲解
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数据采集记录表
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数据采集记录表
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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数据处理 雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严 重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷 达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录 进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似，
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静校正/移动开始时间 二维滤波/抽取平均道 偏移/时深转换 图像显示和解释
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报告编写 1. 委托方名称，工程名称、地点，建设单位、勘察单位、 设计单位、监理单位和施工单位，设计要求，检测目的， 检测依据，检测日期； 2.检测原理及方法； 3.检测里程汇总；
4.问题缺陷汇总表；
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地质雷达应用领域
市政设施及管线探测
地质与环境探测
铁路工程探测
公路探测
考古探测
建筑结构、桥梁、隧道检测 军事安全探测
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隧道检测
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隧道检测 隧道探测要解决的主要问题
隧道衬砌厚度检查
隧道内部结构物检查—钢筋、钢拱架等 隧道衬砌混凝土质量检查 隧道衬砌混凝土密实度检查 隧道衬砌防水板检查
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检测图像解释 混凝土不密实（衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧 形，且不连续较分散）
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检测图像解释 衬砌厚度变化
地质雷达简介
地质雷达简介学校：大连大学院系：建筑工程学院学号：11344004姓名：赵阳豪日期：2013年9月17日地质雷达简介地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。
地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。
在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。
1发展及现状基于电磁反射原理解决各种地下目标的探测问题, 这种设想最初可追溯到1937 年4 月29 日公布的一个美国专“Electromagnetic prospecting method (电磁探测法) ”。
该专利描述了一种地震探测法的电磁模拟系统。
尽管这一专利当时并未付诸实用,但从发明的角度说, 它却开了地质雷达探测技术的先河。
因此可以讲, 利用电磁反射原理探测地下目标的设想几乎是和地对空雷达的发明同时出现的。
只不过由于受社会、经济、技术等诸因素的制约, 二者在实用化进程方面存在显著差距。
直到本世纪50 年代, 美国才率先开始地质雷达的可行性方案研究; 60年代进入实用性试验研究; 到70 年代, 地质雷达正式进入实用化阶段, 主要是用于地面解决各种工程地质问题, 如探测各种管线、混凝土钢筋等地下掩埋体, 以及地基浅部地质情况等。
70 年代美国地球物理勘探公司(GSSI)开发出了第一个真正投入市场的地质雷达系列Subsurface Interface Radar system (地下界面雷达系统) , 简称SIR系列。
这是地质雷达正式进入实用化阶段的主要标志。
SIR系统曾获美国专利, 同时还在别的几个国家申请了专利, 一度成为地质雷达的主导产品。
随后, 日本、加拿大等国纷纷在SIR技术的基础上, 开展对地质雷达探测技术的研究。
1983 年, 日本的原·坂山等人探讨了地质雷达在地基探测中的实用性, 继而将SIR产品改型为OAO系列产品。
雷达介绍
五、雷达的分类
➢按信号波形分
✓连续波雷达 ✓脉冲波雷达
• 高重复频率 • 中重复频率 • 低重复频率
✓脉冲压缩雷达
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五、雷达的分类
➢按体制和原理分
✓单基地雷达、双基地雷达 ✓主动雷达、被动雷达 ✓单脉冲雷达 ✓相控阵雷达 ✓二次雷达 ✓合成孔径雷达、逆合成孔径雷达
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五、雷达的分类
➢按工作频率分
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二、雷达和无线电通信的比较
雷达与无线电通信的共同点： ➢二者的理论基础是一致的，都涉及到电路与系统、电磁场与微 波技术、信号与信息处理、计算机应用等学科； ➢电子系统大部分相似，都包括发射机，接收机，信号处理机等。
总体来说，雷达系统比通信系统要复杂得多；雷达对 信息获取的要求更高、难度更大；雷达的信号形式更 多，更复杂，信号处理更复杂。
主要用途 超远程无线电通信和导航
地波和天波。主要沿地球表面绕射传播和 调幅(AM)无线电广播 电报 通信 经电离层反射传播
短波 HF
3MHz～30MHz
100m～10m
天波。主要经电离层反射传播，其次是沿 着地球表面传播
超短波 30MHz～300MHz （米波VHF 甚高频）
10m～1m
主要在自由空间作直线传播，其次是沿着 调频(AM)无线电广播 电报 通信 地球表面传播和经电离层反射传播
2）不适合大面积搜索 3) 制作精度高，可靠性不高
应用：目标探测和监视 、火控和跟踪 、导引头和导弹末制导 、
外层空间
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四、雷达的应用
16、激光雷达 优点：◆频率高（比微波高3~4个数量级）。多普勒频率高，对抗电子干扰、
反隐身，高精度测距（cm）◆能量高度集中，无副瓣
地质雷达探测原理
探测原理
地质雷达是以超高频电磁波作为探测场源，由一个发射天线向地下发射一定中心频率的无载波电磁脉冲波，另一天线接收由地下不同介质界面产生的反射回波，电磁波在介质中传播时，其传播时间、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质（如介电常数γE ）及测试目标体的几何形态的差异而产生变化，根据接收的回波旅行时间、幅度和波形等信息，可探测地下目的体的结构和位置信息。
其工作原理示意图如下： 接收天线所接收的反射回波旅行时间为：
t =V x
h 224+
式中：t 反射回波走时（ns ）
h 反射体深度（m ）
X 发射天线与接收天线的距离（m ）
V 雷达脉冲波速（m/ns ）
雷达波在物体或介质中的传播速度V 与介质的相对介电常数γE 有如下关系：》
介质1
介质2
无载波脉冲时域接收机
分析计算处理后
反射、散射脉冲
输出显示
接收反射
发射电磁目的体
C
V=
E
式中C为真空中的电磁波传播速度(C=0.3m/ns)
通过雷达图像确定异常，并根据电磁波旅行时间确定异常位置。
介质的弹性限度内介质的剪切应力与应变的比值称剪切模量
介质的弹性限度内介质的应力与应变的比值称之为弹性模量。
地波雷达电离层杂波干扰及抑制措施
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·112·2020年第15期文章编号：2095－6835（2020）15－0112－02地波雷达电离层杂波干扰及抑制措施韦有平（福建厦门同安海军92985部队，福建厦门361100）摘要：地波雷达收发射天线非理想性，导致雷达干扰影响探测性能问题，对电离层杂波干扰多普勒频谱、传播模式等进行了分析。
列举了几种抑制此类干扰的技术措施，为地波雷达抗干扰提供借鉴。
关键词：地波雷达；电离层杂波；干扰抑制；抑制措施中图分类号：TN957文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.15.049地波雷达运行过程中会受到一定程度的干扰，并非处理理想的运行状态，存在着向上发射经天波传播、沿海面传播方式，其中部分能量在运行过程中会经过电离层而放射，天线能够接收这部分能量，在一定程度上干扰了电离层杂波的运行，现实工作中，经常出现的干扰因素为3～10MHz电离层杂波干扰，属于高频段的低端，表现最为明显的运行雷达为距离在400km的远程地波雷达，往往具有3～5MHz 工作频率。
电离层杂波干扰原因复杂，其原因包括电离层分层结构不够平稳、分层结构不够均匀。
为了有效解决这一问题，可以设置一个较大的工作频率，比相应电离层临界频率大，以此缓解地波雷达电离层杂波干扰，使电波传播过程中能够穿透电离层，这种运用方式在消除干扰的同时也增加了发射功率，为了确保探测距离，一般要求在3～5MHz波段以获得较小的衰减。
对电离层杂波特性的解读影响着对抑制电离层杂波干扰以及所能够取得的干扰效果。
1典型的电离层杂波干扰多普勒频谱地波雷达探测基于获得目标的多普勒回波。
大量的地波雷达实测数据表明，电离层杂波可以出现在100km以外的区间，不同的昼夜时间、不同的季节，电离层杂波干扰所影响的距离元、杂波的多普勒频移、多普勒扩展度，以及电离层杂波的强度不同。
大穿透深度地质雷达、探地雷达
⼤穿透深度地质雷达、探地雷达100m⼤穿透深度地质雷达COBRA Plug-in ⼀、前⾔常⽤的地质雷达探测深度⼀般在10-15⽶以内，要增加探测深度必须采⽤低频天线，然⽽它⼜使屏蔽发⽣困难，限制了低频天线的应⽤领域。
为此，瑞典RADARTEM公司研发和⽣产了⼤穿透深度Cobra plug-In地质雷达，该系统采⽤先进的实时采样技术，使信噪⽐提⾼45dB，勘探深度增加⼀倍以上，采⽤具有强烈抗⼲扰能⼒的、半屏蔽技术的收发⼀体天线，进⼀步保障了最⼤勘探深度，勘探深度0-100m，在北京和厦门地区的应⽤结果表明，在很强⼲扰地区仍可获得⼗分可靠的探测结果。
此外该公司研发的双通道、双天线CobraWifi地质雷达具有极⾼的分辨率和极强的抗⼲扰能⼒，探测深度0-10m。
⼆、原理简介地质雷达探测的⼯作原理,简单地说是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的⾼频、甚⾼频电磁波。
电磁波在介质中传播,当遇到存在电性差异的地下⽬标体,如空洞、分界⾯等时,电磁波便发⽣反射,返回地⾯⽤接收天线接收，并对接收数据进⾏处理和分析,根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下⽬标体的空间位置、结构、电性及⼏何形态,从⽽达到对地下隐蔽⽬标物的探测(如图1 所⽰) ，可以⾮常安全和⽅便地⽤于很多领域,并具有很⾼的探测精度和分辨率。
图1 探地雷达⼯作原理⽰意图图1 中T 为发射天线, R 为接收天线,电磁波在地下介质中遇到⽬标体和基岩时发⽣反射, 信号返回地⾯由天线R 接收并记录再通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波记录(如图2 所⽰) 。
图2 探地雷达回波记录⽰意图图2 中横坐标的单位为m ,横轴代表地表⾯的探测距离,纵坐标代表电磁波从发射到遇见地下⽬标体或基岩时反射回地⾯并被仪器接收所需要的时间t。
，即双程反射时间t，按下式算出⽬标体的埋藏深度：其中, t 为⽬标层雷达波的双程反射时间; c 为雷达波在真空中的传播速度(0. 3 m/ ns) ; εr 为⽬标层以上介质的相对介电常数均值。
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FFT2 每个距离元的Doppler谱图
谢谢
三元八木天线
• 把一个反向器和一个引向器同激励阵元并 排排列就构成一组三元八木天线； • 引向器与激励阵元之间的最优距离为0.1至 0.2个波长，其谐振频率高于激励阵元的5% 至10%； • 反向器与激励阵元之间的最优距离为0.15至 0.2个波长，其谐振频率低于激励阵元的5% 至10%； • 最优设计的三元八木天线增益可增加7dB；
TP
控制信号 形成
过温保护 至天线
RF 0dBm
可控增益 放大器
控制电路
4W 放大器
200W 放大器
低通 滤波器 53dBm
过压过激励 保护
定向耦合器
~220V
电源
28V
200W功率放大器框图
发射分机LCD显示
接收分机性能指标
• • • • • • • • • • • • 频率范围：5～15MHz任选其一； 通道数：3（便携）/4（小型阵列）/5～16通道可编程任意选择组合； 灵敏度：＜-135dBm； 无杂散动态范围：＞99dB； 带外抑制：＞100dB； 直接波抑制：＞90dB； 阻塞电平：＞-17dBm； 通道隔离：＞80dB； 通道稳定性：幅度＜0.5dB，相位＜1°； 接收通道增益：34dB可数控调节； 输入阻抗：50Ω； 合成射频信号：线性调频中断连续波，幅度0dBm，频率5～15MHz任选其一，杂散抑制 ≥80dBc，相位噪声＜－110 dBc/Hz（频偏1kHz时）； 脉冲控制特性：前后沿失真＜2μs，载漏比≥60dB。 输出阻抗：50Ω； 电源功耗：220VAC±10%，50Hz，功耗＜80W（含风机）； 冷却方式：密闭金属热传导与风道对流传导相结合； 机械尺寸：4U标准19寸机箱，体积448mm（W）×177mm（H）×542mm（D）； 重量：30kg。
接收天线性能指标
• 频率范围： 7～9MHz或11 ～13MHz ；
• 天线形式：五单元及以上标准阵列，或便 携式四单元小型阵列； • 输入阻抗：50Ω； • 驻波比：≤3.0； • 抗风能力：12级台风
接收天线
• 接收天线为单极子螺旋鞭天线；
• 螺旋鞭天线为直径远小于波长的螺旋天线 （D<0.18波长）
发射分机性能指标
• • • • • • • • • 频率范围：5～15MHz任选其一； 输出功率（峰值）：100W～300W（可调节）； 谐波抑制：＞65dBc； 信杂散：＞90dBc； 射频脉冲前后沿失真：＜3μs； 通信接口（接信号分机）：三线RS-232接口，通信速率9600bps； 保护方式：过压、过流、过温、过激励、负载驻波比＞2.5等五项保护； 工作电压，工作电流、发射功率、驻波比等数字LCD指示； 电源功耗：220VAC±10%，50Hz，功耗＜350W（峰值发射功率200W 时，含风机）； • 冷却方式：密闭金属热传导与风道对流传导相结合； • 机械尺寸：4U标准19寸机箱，体积448mm（W）×177mm（H） ×542mm（D）； • 重量：30kg
• • • • • •
信号分机
• 产生合成射频信号和同步控制信号，输出 到发射分机；对来自接收天线的多路微弱 射频回波信号进行数字相参接收和处理； 对空间电磁频谱进行实时监测，并自动引 导系统工作频率。信号分机主要由十六通 道数字阵列接收及信号处理模块和电源模 块组成
信号分机LCD显示
发射天线性能指标
• • • • • 频率范围：7～9MHz或11 ～13MHz ； 天线形式：三元八木，或单极子； 输入阻抗：50Ω； 驻波比：≤1.5； 抗风能力：12级台风
发射天线
• 发射天线为1/4波长天线； • 自由空间公式：L（m）=75/f(MHz)；
• 如果不是在自由空间，上式要乘上速度因 子：v； • 对于铝管：v=0.92
• 螺旋鞭天线的谐振频率取决于螺旋的平均 直径、螺距、轴向长度、圈的平均长度、 螺旋角、圈数；
FMCW基本原理
W波形
f
f2 B f1 α TTS TP t
B : 扫频带宽 T : 扫频时间 q ：发射脉冲周期
T0
:发射脉冲宽度 ：扫频斜率
T0
….
q
….
t
B T
….. … … …… X1,x2,x3,x4,x5,x6,….x1024 X1,x2,x3,x4,x5,x6,….x1024 …. FFT1 FFT1 … … …. …
OS081H数字高频地波雷达介绍
陆小虎
• • • • •
OS081H高频地波雷达系统组成 OS081H高频地波雷达发射机 OS081H高频地波雷达接收机 OS081H高频地波雷达天线 FMICW介绍
系统组成
发射分机
• 在同步信号的控制下，对来自信号分机的 合成射频信号进行功率放大，并匹配输出 到发射天线。发射分机具备程控故障自检、 保护和报警功能。发射分机主要由数字程 控发射模块和电源模块组成