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1、2022优秀青年工作总结 优秀青年工作总结个人总结模具0652张国俊时间如梭，它毫不留情的从指缝中溜走，不知不觉还有一个多月就要顶岗实习了。上学期我根据学院要求，依据系部领导的指示处理好班中各项事务，以树立良好的班风和学风为宗旨，为进一步提高同学们的集体荣誉感和班级凝合力而努力奋斗！经过上学期的学习，我具备了较强的思想政治觉悟与政治敏感性，较强的政治辨别力。加强党性修养，要学会用自己的头脑来思索问题，今日的社会是一个改变的社会，我们身边的人、事、物都会时常的发生改变，我们要学会以不变应万变。平常留意党性修养的培育，才能抵抗住不良诱惑的影响，以适应千变万化的社会，适应困难的社会。作为高校生，最基
2、本的是树立正确的世界观，人生观，价值观；作为党员，最基本的是树立一心一意为人民服务的思想。高校生党员应当为人正直，且有坚决的共产主义信念。新的历史条件下，共产党员更应当坚持党性，坚决信念。在经济时代，面对各种诱惑，要不动摇。另外也有较好的心理素养和人际关系。现代社会，竞争空前激烈，青年学生党员的内心也承受着巨大的压力。面对这种状况，只有拥有一个健康的心理素养，主动乐观的生活看法，才能在这种环境中健康成长。而良好的人际关系则是现代人胜利的润滑剂。随着当今世界信息沟通速度的加快，世界变得越来越小，人与人的交往越来越频繁。只有在学生时代加强自己的人际交往实力，不断增加自己的自信念、口才等各方面实力，
3、才能在当今社会立足。首先，作为一名学生，最重要的是提高自身的专业学问水平，为以后踏上工作岗位奠定一个良好的基础，所以我对自己的学习从来都没有松懈过，每节课都是以一个饱满的姿态全身心的投入到专业学习中，上课时仔细听老师给我们分析的每一个学问点，始终做的不遗漏一个重点和难点，下课后刚好地保质保量的完成课后作业。实训期间，仔细学习并娴熟驾驭操作技能，遇到问题先和同学们沟通，实在难以解决的问题主动向专业老师请教。另外，由于在分校养成了爱看书，爱写作的习惯，到了本校还是常常喜爱到院图书馆去阅读一些有利于提高自身文学底蕴的书籍。其次，作为一名团支书，不仅要在学习上起到模范带头作用，更要在工作上独树一帜，虽
4、然要做领头羊，可是假如不能与同学们搭建起一个较好的沟通桥梁，那之后的工作简直就是天方夜谭。由于我们班的特别状况，在组织某些活动时必需朝着同学的爱好爱好方向去开展，不能一味地追求高质量，高标准去进行，假如过于极端反而会适得其反。在做好支部工作的同时，也常常帮助班主任处理班中常规事务，另外还主动协作班长以及其他班团干部的各项工作。再次，作为一名团委组织部的学生干部，在处理好学习和班中事务之余，要做好这项工作，首先要学会支配自己的时间，留意事情的轻重缓急，然后要不断提高逻辑思维实力和处事实力。去年放假后参与了系部团学会组织的寒假社会实践活动，现在回忆起来都觉得很有意义，因为我们做的是义工，看到那一张
5、张笑脸，不由得就感觉我们的工作是神圣的。在每做一件事情的时候都要考虑这件事情对工作、系部、学院以及其他方面的影响，而不能盲目的进行。始终记住的一个要点是我走出去不仅代表自己的形象，还代表这模具系学生干部的形象，更加代表着学院的形象，所以我在做事的时候总是一丝不苟，不敢有一丝懈怠！在上学期的工作和学习中，真的得到了很多，其中让我感受最深的一个道理就是：付出多少，就会得到多少。以前的我还不够成熟，在对一些事情的理解还不够透彻，所以导致在操作过程中不能得心应手，在今后的这一个多月里，我会接着努力做好份内的工作，不断深化专业水平，有效地提升应变和处理事情的实力。扩展阅读：优秀青年科技人才安排总结报告优
6、秀青年科技人才安排总结报告项目名称：托付单位：担当单位：受资助人：起止时间：介质含水率与探地雷达信号关系探讨国土资源部科技与国际合作司中国地质科学院物化探探讨所方慧201*年10月201*年11月国土资源部二九年十一月二十日书目一、探讨领域及资助探讨项目概况.31、探讨领域.32、资助探讨项目概况.3二、探讨领域国内外发展趋势和前沿.41、探地雷达技术应用现状.42、测量物质含水率的主要方法及存在问题.53、探地雷达探测物质含水率探讨领域现状及发展趋势.6三、探讨工作总结.91、探讨项目实施状况.92、探讨工作取得的主要成果和创新点.10四、经费运用状况.26五、所在单位审核看法.261、单位
7、对受资助者赐予的支持.262、单位学术委员会对受资助者探讨成果的评价.263、对受资助者资助期间总体工作状况的评价.27主要参考文献.29一、探讨领域及资助探讨项目概况1、探讨领域专业领域：勘探地球物理主要探讨方向：探地雷达在土壤、建筑材料含水率监测领域的应用技术探讨2、资助探讨项目概况项目名称：介质含水率与探地雷达信号关系探讨起止时间：201*年12月201*年11月目标任务：应用数值模拟技术和物理试验技术开展介质含水率与探地雷达信号关系探讨，建立探地雷达测量信号与介质含水率之间精确合理的数学关系模型，推动探地雷达方法技术进步。主要探讨内容：探地雷达三维正演技术探讨；介质含水率与探地雷达信号
8、关系物理试验探讨；介质含水率与探地雷达信号关系数值模拟探讨。工作成果：两年来，针对上述探讨内容开展了较系统的探讨工作，基本实现了设计的任务目标，取得如下主要成果和相识。利用时间域有限差分方法实现了探地雷达三维正演计算，编制三维正演软件。解决了目前探地雷达常见软件无法模拟介质孔隙度及含水率改变的问题，为应用数值模拟技术开展介质含水率与探地雷达信号关系问题探讨供应了有力工具。首次应用数值模拟方法探讨了在介质孔隙度及含水率发生改变时，对雷达信号传播特征的影响规律。并与物理模型试验结果进行了对比分析，证明白数值模拟方法的有效性。依据数值模拟结果，分析了当介质的孔隙度或含水率发生变更时，介质的等效介电常
9、数及雷达波幅值、传播速度等参数随孔隙度及含水率的改变规律，并对这些参数相对介质孔隙度或含水率改变的灵敏程度进行了对比分析。在介质含水率数值模拟中，不仅考虑了介质电导率的影响，也考虑了高频电磁场条件下，由于极化滞后效应造成的介电损耗，并利用物理模型试验结果与数值模拟结果的对比分析，证明白这种思路的合理性。通过物理模型试验，分析了石英砂、沥青等材料的等效介电常数、雷达波频谱及传播速度等参数随介质含水率的改变规律。在此基础上，提出了介质含水率与等效介电常数之间的数学关系式。这些数学关系模型，经进一步试验验证后，可作为探地雷达检测马路材料含水性的基础。二、探讨领域国内外发展趋势和前沿1、探地雷达技术应
10、用现状探地雷达是一种高频电磁法。与探空雷达相像，探地雷达利用放射天线以宽频短脉冲形式向地下放射高频电磁波，电磁波在介质电磁性质不同的界面处会产生反射，并被接收天线所接收，通过分析电磁波在时间、空间的传播特性实现探测地下目标体的空间位置、规模和物理性质等目的。探地雷达技术具有辨别率高、无损、高效等特点。探地雷达技术的应用最早可追溯到上世纪初。早在1910年，德国的G.Leimback和Lwyc曾以专利形式阐明白这一现象。第一次正式应用是在1929年用以确定冰河的深度（Stern,1929,1930），之后这种技术几乎消逝。直到1950年因有飞机失事掉进格陵兰岛的冰缝中，才再次采纳探地雷达技术。受
11、仪器性能和理论探讨等因素的限制，探地雷达初期的应用仅限于波汲取很弱的冰层、盐岩矿等介质中(Cook,1964;Barringer,1965;Lundien,1966)。随着仪器信噪比的大大提高和数据处理技术的进步，七十年头以后，探地雷达的实际应用范围快速扩大。1972年更被阿波罗号宇宙飞船带上了月球(Simmonsetal.,1972)。目前，探地雷达已广泛应用于工程勘察、考古、环境、军事等领域。在仪器制造方面，国际几大闻名厂商相继推出适于不同应用的多种仪器系统。在理论探讨方面，主要集中在信号处理和正反演探讨等方面(Olhoeft,201*)。每两年召开一次的国际探地雷达会议基本反映出探地雷达
12、技术的探讨及应用现状。我国探地雷达探讨始于七十年头初期，原地质矿产部物探探讨所、煤炭部煤炭科学院等科研单位开展过探地雷达仪器研制和野外试验工作。目前，我国已有几百家单位拥有探地雷达设备和有关技术人员，行业覆盖地质、冶金、煤炭、水利、交通、建筑、考古、环境及军事等。主要运用进口仪器，也有少量国产仪器在销售和运用。在探讨方面主要是针对信号处理技术，少数高校等科研机构开展了正反演方法探讨。2、测量物质含水率的主要方法及存在问题实际生活中，经常须要探讨或了解自然物质和人工材料的孔隙度和含水率等参数随空间或时间的改变，如了解土壤、岩石的孔隙度及含水率的大小在地质灾难预防，海侵程度监测，冻土层调查，赋水层
13、位的确定，马路、机场跑道危急隐患调查，建筑地基状况的评估及种植业管理等方面都是非常重要的指标。了解建筑材料孔隙度及含水率状况同样是评价材料质量的重要指标之一。如沥青是一种广泛用于铺设马路路面的材料，影响沥青马路质量的一个重要指标是沥青材料的孔隙度大小。其缘由是由于孔隙中可能充溢空气、水、冰或者它们的混合物，它们的存在会严峻影响沥青材料的整体物理性质，进而造成材料质量发生改变。目前，检测物质含水量的常见方法主要有烘干法、电阻法、中子仪法、射线(透射)法、时域反射仪法(TDR)法等。这些方法原理不同、各具特色，有些方法简便、经济，有些方法测量精度很高。但这些方法普遍存在如下缺点：一是只能采纳定点测
14、量方式，无法实现空间上的连续测量，若开展大面积测量，成本较高；二是测量结果受采集样品或测量探头旁边物质的含水状态影响较大，其测量结果有时不能精确代表物质整体含水状况；三是有些方法要求测量探头埋设在测量物质中，因此只能适用于土壤等非固结物质，无法对沥青、混凝土等建筑材料的含水状况进行检测；四是须要采样测试的方法会对检测物质造成肯定程度的破坏。因此，探讨精确、高效、无损的探测技术正在成为上述领域的须要。3、探地雷达探测物质含水率探讨领域现状及发展趋势目前，探地雷达的应用还主要集中在探测目标体的空间位置、几何形态等方面。在资料处理和说明中通常假设目标体及其四周介质是匀称的，然而事实上，大自然中常见物
15、质，如土壤、岩石及人工合成建筑材料等，都是由多种成分组成的，因此这些物质的电磁性质既取决于物质组成成分的物理性质，也受物质的结构及其孔隙度、含水率、温度等多种因素的影响。在多数状况下，这些因素在肯定尺度范围内并非到处相同，因此自然物质存在着不匀称性，雷达波在其中的传播特性会因此发生肯定程度的变更。特殊是，由于水具有较高的介容率，又是有极分子，不仅会变更物质的电导率，更会变更物质整体介电常数。因此，物质的含水状况对雷达波的传播速度和能量损耗都会产生很大影响，使雷达波在介质中的传播特性对介质含水率的改变非常敏感，因此应用探地雷达技术探测物质含水状况具有良好的地球物理前提，可以应用探地雷达技术探测介
16、质含水率的改变状况。重要的是，相对上述几种检测物质含水率的常见方法，应用探地雷达技术测量介质含水率改变状况具有如下主要优点：与测量介质非接触。因此既可以应用于土壤等非固结状物质，也可以应用于岩石、沥青、混凝土等固结状物质，且不会对介质造成任何破坏，是真正的无损检测；现代雷达供应了高密度采样测量方式，因此可以对测量介质实现空间或时间上连续测量，相对传统的定点测量方式，更能精确地对介质整体含水状况进行评估。探地雷达不仅具有较高的横向辨别实力，也具有较高的纵向辨别实力和肯定的勘探深度，因此可以同时对地下不同物质层（如路基不同基层）同时进行检测，且可以同时对不同层位的含水状况分别进行评估；测量效率高。
17、如采纳车载雷达，可以50公里/小时的速度进行测量，因此更适合开展大范围的监测。正是因为探地雷达技术具有上述优势，应用探地雷达检测介质含水率成为近年来探地雷达技术新的探讨方向。然而，介质含水率的改变与雷达波的传播特性之间的关系非常困难，须要通过开展理论和试验探讨建立起两者之间的定量关系，才能使探地雷达技术真正应用于探测物质含水率这一领域。在这一方面已有一些学者开展了相关探讨。Hasted（1973）通过试验获得了25条件下水的介电常数随电磁波频率改变状况（图2.1），可见在高频电磁场作用下水的极化特性表现出较强的频散特征。Topp（1980）通过试验给出的土壤介电常数与土壤含水率之间的近似关系式
18、：图2.1水的介电常数随频率改变曲线5.31022.92102b5.5104b24.3106b3（0.022m3m-3，Jacobsen和Schjonning，1994）。（2.1）实践证明上述试验公式可以在不同类型、成分的土壤条件下取得较高的精度更多的学者（如Dobson1985，Roth1990，Friedman1998，Jones和Friedman201*）则是建立土壤不同组成成分的介电常数和含量多少（包括含水率的多少）与土壤整体介电常数之间的关系模型。在这些模型中，土壤整体介电常数与土壤颗粒、土壤中含水率以及土壤中的空气含量之间的关系可以用如下CRIM（ComplexRefractio
19、nIndexModel）模型来描述1b(w(1n)s(n)a)（2.2）其中，b为土壤整体介电常数，为土壤含水率，n为土壤的孔隙度，s、w及a分别为土壤颗粒、水及空气的介电常数。系数与电场方向和土壤构造的相对关系有关。上述表明前人的探讨主要集中在土壤含水率与土壤整体介电常数之间的关系，这些关系式在测量土壤含水率方面取得较好效果，但不能干脆用于描述其它介质的含水率与介质介电常数之间的关系。在其它介质探讨方面，S.Laurens等探讨了混凝土材料中含水率改变与雷达信号之间的关系，探讨了雷达信号的速度、介电常数、幅值及相位与含水率之间的关系。LanboLiu等探讨了沥青材料中孔隙度、含水率与整体介电
20、常数之间的关系，探讨表明：在干燥条件下，介质孔隙度的改变对整体介电常数影响不大；随着含水率的增加介质整体介电常数明显增大。但探讨尚不够深化。在应用方面，美国在应用探地雷达技术监测葡萄园土壤水分状况方面取得了很好的应用效果；一些国家在应用探地雷达技术监测高速马路路基含水状况方面也开展了试验和实际应用工作。从国内刊物发表的文章看，国内只有少数科技人员开展了部分探讨工作，如杨厚荣等开发了WPRT-1型原油持(含)水率雷达测井仪，奇妙地利用了雷达探测技术,可将原油持水率的测量范围扩大到0100%,测量精度达1%,有效地解决了油田高含水率生产的测量问题。在其它方面，如能否应用数值模拟技术探讨介质含水率改
21、变与雷达信号之间的关系，以及其它因素如环境温度、介质孔隙的大小等因素对测量结果的影响等方面的探讨工作开展得还很少。探讨介质含水率与探地雷达信号之间的关系可以利用数值模拟和物理模拟两种方法。数值模拟方法便利、敏捷，但由于数值模拟过程中进行了肯定程度的近似处理，因此数值模拟结果与物理模拟结果会有肯定差别，可以用于探讨一般性规律。物理模拟更能精确地反映特定环境下物质含水率改变对雷达波的影响规律，对探地雷达资料精确说明是必不行少的，因此后者应用较为普遍。虽然，探地雷达数值模拟技术最近十年得到了较大发展，国际上一些高校如荷兰Delft理工高校、美国俄亥俄州立高校、科罗拉多矿业学院及一些商业公司开展了大量
22、探讨工作，已有商业或免费二、三维正演软件出现。国内中国矿业高校等科研机构也有学者开展了数值模拟技术探讨。但是，在数值模拟探讨领域，除算法探讨外，应用探讨主要集中在探讨匀称介质中局部不匀称体的响应，雷达天线极化特性，介质频散特性等方面。由于这些探讨中都假设介质是匀称的，因此目前大多数软件不能用于模拟介质不匀称改变，也就难以干脆用来模拟介质含水状况。也很少见到利用数值模拟技术探讨介质含水率改变对雷达波的传播特性影响规律等方面的报道。总之，应用探地雷达技术可以对大规模的测量介质无损、高效、低成本地实现横向与纵向空间连续观测，是近年来探地雷达技术探讨的新方向。但是，在建立探地雷达信号与介质含水率之间的
23、定量关系方面工作开展得还很不够，须要开展更系统的物理试验；在数值模拟方面还须要研制开发更适合的计算软件。三、探讨工作总结1、探讨项目实施状况依据合同要求，按安排全面开展了探讨工作，主要包括探地雷达三维正演技术探讨；介质含水率与探地雷达信号关系物理试验探讨；介质含水率与探地雷达信号关系数值模拟探讨等探讨内容，全面完成了合同规定的探讨任务。完成的主要工作量包括：研制一套探地雷达三维正演软件；完成了石英、沥青砂等不同材料的探地雷达检测含水率的物理模型试验；完成了部分理论模型的数值模拟探讨；完成了物理试验和数值计算数据的整理和分析；初步建立了适于沥青、石英砂等材料的含水率-介电常数数学关系式。2、探讨
24、工作取得的主要成果和创新点（1）受资助期间取得的主要探讨成果成果一利用时间域有限差分法实现了探地雷达三维正演计算，研制了一套探地雷达三维正演软件，解决了目前探地雷达常见软件无法模拟介质孔隙度、含水率改变的问题，为应用数值模拟方法开展介质含水率问题探讨供应了有力工具。自然条件下，水赋存于介质内部的孔隙中，而且在非饱和状态下，一部分孔隙含水，另一部分孔隙则充填为空气。因此，开展介质含水率数值模拟时，要求正演程序要能实现匀称介质中随机分布有不同比例的自由水或空气等“杂质”，而目前常见的正演软件均假设介质是匀称的，无法模拟介质含水状态，要应用数值模拟技术探讨介质含水率与探地雷达信号关系，首先要研制一套
25、合适的探地雷达三维正演软件。1.1基本理论试验表明，全部的电磁现象都听从麦克斯韦方程，在时间域中，麦克斯韦方程有如下形式：EHBt(3.1)(3.2)DJtDB0(3.3)(3.4)在导电介质中，对于单色电磁波，利用DE，BH，jE的关系及场矢量EE(r)eit、BB(r)e，很简单推导出频率域波动方程的解为EE0esrei(krt)(3.5)sri(krt)BB0eeit其中k和s与介质物性参数和电磁波频率有关。值得指出的是，水分子在交变电场状况下简单被极化，偶极距随交变电场不断变更方向。受分子的惯性影响，偶极子的取向须要肯定时间（驰豫时间），出现极化滞后现象，即电场和感应偶极矩之间出现了相
26、位差，这时水的介电常数实际为复数，即：Re()iIm()，此时，3.5式中k和s分别为：1Im()k1()21Re()2(3.6)1Im()212s1()12Re()因子S确定振幅随传播距离的减速度，故称S为衰减系数。电磁波在介质中的12传播速度v由因子K确定vk112(3.7)Im()211()1Re()2可以看出，介电常数的实部为介质的固有极化，虚部为介电损耗，并与导电率合并成为介质的有效导电率。试验表明介电常数的实部和虚部还随频率改变，改变规律可以用Debye公式来描述（Debye，1929）(f)s1(iffrel)(3.8)其中，s、为直流和极高频状态下介质的介电常数，frel为弛豫
27、频率。对于25条件下的自然水，其Debye参数为s=80.1，=4.2，frel=17.1GHz（Hasted,1973）。依据Debye模型可以计算出当雷达波频率为1GHz时，由于水分子的迟豫作用产生的附加电导率约为0.265s/m，这与自然状态下常见物质的电导率在同一量级或更高一些，因此在介质含水率模型正演计算中，必需考虑水分子所产生的附加电导率的影响。1.2数值模拟的实现探地雷达三维正演计算最常采纳的方法是时间域有限差分法。时间域有限差分法最早由Yee于1966年提出，是一种对麦克斯韦方程进行离散化的简洁好用技术。Yee奇妙地在剖分单元内使电场重量与磁场重量在时间和空间上相互分别，利用中
28、心差商代替微商把连续变量离散化，使含时间变量的麦克斯韦旋度方程离散以后构成显式差分方程，从而可以在时间上迭代求解，而不须要进行矩阵求逆运算。由给定相应电磁问题的初始值，应用时间域有限差分法就可以逐步推动地求得以后各个时刻空间电磁场的分布。详细计算流程如下：否依据放射脉冲信号设置下一时间步长放射天线的电场值是是否完成设计时间步长？应用汲取边界条件计算边界上的电场值依据各单元磁场值计算各单元下一时间步长的电场值设定放射天线位置、长度及极化方向设定放射脉冲信号设计时间步长设计正演模型：计算空间尺度；剖分单元尺度；各剖分单元电/磁性参数赋值。为计算空间各单元电场重量赋初始值依据各单元电场值计算各单元磁
29、场值1.3数值计算结果检验依据电磁场理论可以推导出球坐标系下描述自由空间中电偶极子辐射场时空分布的解析公式如下:r2cc2cc2Er,t22cose22sinpt(3.9)er4rrtrtrtrc结束输出数据文件式中p(t)为偶极子的电偶极矩，c为光速。为便利求解，放射信号选为高斯脉冲，其函数的时域形式为：4tt02(3.10)Eitexp2其中为常数，确定了高斯脉冲的宽度，脉冲峰值出现在tt0时刻，如图3.1所示，实际计算中=2ns。图3.2、3.3分别为电偶极子下方10和25厘米处平行偶极子方向电场的解析解和时间域有限差分法三维正演对比结果。对比结果显示，在电偶极子下方10厘米处，解析解和
30、数值解非常接近；25厘米处的结果显示在信号晚时两者存在少许差别，其缘由可能是边界效应引起的。数值解与解析解的一样性证明研制的正演软件是牢靠的。0.050.040.030.020.010-0.01-0.0210.8E(v)0.60.40.201*2345t(ns)图3.1高斯脉冲信号解析解0.5解析解数值解0.4幅值(v/m)0.30.20.100-0.124681012幅值(v/m)数值解时间（ns）时间（ns）图3.2天线下方10厘米处数值解和解析解计算结果图3.3天线下方25厘米处数值解和解析解计算结果成果二首次应用数值模拟方法进行了介质孔隙度及含水率改变对雷达信号传播特征影响规律的探讨。
31、在介质含水率数值模拟中，不仅考虑了介质电导率的影响，也考虑了高频电磁场条件下，由于极化滞后效应造成的介电损耗，并利用物理模型试验结果与数值模拟结果的对比分析，证明白这种思路的合理性。探讨结果表明应用数值模拟方法探讨介质孔隙度及含水率的改变对探地雷达信号传播特性的影响规律是可行的。2.1介质孔隙度改变与雷达信号传播特性关系2.1.1数值模拟模型设计：数值模拟模型由相对介电常数（r）、电导率（/sm-）横向匀称的三层介质组成，其中第一层介质为空气；模型及其坐标系统见图3.4，即：各层介质物性参数：r11.0、10.0s/m，r25.4、20.0s/m、r315.0、3；模型整体尺寸：0.500.5
32、00.50m，第一界面位于XOY平面上0.25m，其次界面在0.45m处；雷达波场源为电偶极子天线，位于第一界面中心上方0.01m处；电偶极子极化方向平行X轴，主频1GHz；剖分单元尺寸：0.0050.0050.005m。为探讨介质孔隙度改变对雷达信号传播的影响：在其次层介质中加入随机分布，相对介电常数r1.0、电导率=0.0s/m的异样单元，借以模拟匀称介质中分布有充溢空气的孔隙；异样单元所占模型剖分单元的体积百分比分别为：2，4，10。图3.4模型示意图模型参数：第一层：r11.0，1=0.0(s/m)，厚度h1=25cm其次层：r25.4，2=0.0(s/m)，厚度h2=20cm第三层：
33、r315.0，3空气天线xy=5.40s/mz2.1.2模型正演结果分析介质的孔隙可看作匀称介质中加入具有另一种介电常数的“杂质”。雷达波的传播特性会随着“杂质”含量的多少发生变更。图3.5为介质孔隙度分别为2%、4%、10%时，通过天线中心，平行电偶极子极化方向剖面上t=2.0ns时刻电场重量Ex空间分布状况，可见随着孔隙度增大，电场的背景“噪声”明显增加。计算结果表明：随着介质孔隙度增大，由于孔隙内充填的空气使介质的等效介电常数减小（图3.6），雷达波传播速度增大（图3.7），反射信号的走时明显减小，信号的幅值也有小幅增大（图3.8）。雷达波传播速度由孔隙度为零时的12.91cm/ns近似
34、线性地增加到孔隙度为10%时的13.61cm/ns，即孔隙度每增加图3.5t=2.0ns时孔隙度不同的介质中垂直电偶极子方向电场Ex空间分布图1：孔隙度0%；2：孔隙度2%；3：孔隙度4%；6：孔隙度10%4：孔隙度6%；5：孔隙度8%；1%，反射波传播速度平均增大0.54%。介质等效介电常数由孔隙度为零时的5.29减小到孔隙度为10%时的4.86，即孔隙度每增加1%，等效介电常数平均减小0.8%。不同的观测参数相对介质孔隙度改变的灵敏程度也不一样。图3.9为不同观测参数的灵敏度曲线。可以看出介质的等效介电常数对于介质孔隙度改变最灵敏，反射波速度次之，这是因为介电常数与电磁波传播速度呈平方反比
35、关系。信号的幅值相对灵敏度较低，这是因为信号幅值的变更主要是因为介质孔隙度的改变变更了介质的等效介电常数，从而变更了介质与相邻介质间的反射和折射系数，使电磁波的传播发生变更，但这种变更是有限的。另一方面，介质孔隙度的存在又有可能使雷达波产生散射从而降低幅值的信噪比，因此实际工作中若依据反射信号幅值反演介质孔隙度可能较其它两个参数反演精度低。5.413.8速度（cm/ns）等效介电常数13.65.213.413.25134.8024681012.802468100.0278孔隙度(%)孔隙度（%）图3.6介质等效介电常数随孔隙度改变曲线图3.7雷达波传播速度随孔隙度改变曲线1.2反射波幅值（v/
36、m）等效介电常数雷达波速度灵敏度（dB）0.02760.80.02740.40.02720反射信号幅值0.0270246810-0.40246810孔隙度（%）孔隙度（%）图3.8反射波幅值随孔隙度改变曲线图3.9不同观测参数随孔隙度改变灵敏度曲线2.2介质含水率改变与雷达信号传播特性关系介质含水率改变对雷达信号的影响有时被认为是干扰，有时又可被利用。第一章中已经提到由于水的特别性质，即具有高介电常数和相对较大的附加电导率，使电磁波在含水介质中的传播变得更加困难，因此，介质含水率模型可以看作是匀称介质中加入同时具有高介电常数和高电导率“杂质”的模型。事实上，介质中含水率大小与介质孔隙度是亲密相
37、关的。介质在饱和状态下，孔隙度越大，介质含水率越高。当介质处于不饱和状态时，介质中既含有水也含有空气。这里将计算两类模型，模型一中只考虑介质含水率改变，模型二中同时考虑含水率和孔隙度的改变。2.2.1数值模拟模型一设计数值模型仍由相对介电常数（r）、电导率（/sm-）横向匀称的三层介质组成，其中第一层介质为空气；模型及其坐标系统见图3.10。空气天线x=5.40s/myz图3.10模型示意图模型参数：第一层：r11.0，1=0.0(s/m)，厚度h1=35cm其次层：r25.4，2=0.0(s/m)，厚度h2=10cm第三层：r315.0，3介质中存在的自由水可以看作是匀称介质中加入一种同时具
38、有高介电常数和高电导率的“杂质”。雷达波的传播特性会随着“杂质”含量的多少发生变更。为探讨介质含水率改变对雷达信号传播的影响，在其次层匀称介质中加入肯定体积百分比，呈随机分布的高介电常数、高电导率的异样单元。异样单元：所占模型中剖分单元的体积百分比分别为：2，4，10；由于水为有极分子，在高频电磁场作用下，水分子的驰豫作用会产生附加电导率；因此在数值模拟计算时，必需考虑其附加电导率对雷达波的影响。依据第一章提到的Debey模型，在天线（雷达波场源）主频为1GHz的条件下，异样单元的物性参数取：相对介电常数r80.1；水自身电导率为0.1/sm-1；驰豫作用产生的附加电导率Im()0.265/s
39、m-1，并假设附加电导率在雷达波主频旁边的小范围内不随频率而变更。2.2.2模型正演结果分析图3.11为介质含水率分别为2%、4%、10%时，通过天线中心，分别平行电偶极子极化方向的剖面上t=2.0ns时刻电场重量Ex空间分布状况。可见：随着含水率增大，雷达波场产生越来越强的散射现象，电场的背景“噪声”明显增加；介质等效介电常数由不含水时的5.4，增大到含水率为10%时的9.8（图3.12），即含水率每增加1%，等效介电常数平均增大7.7%。随着含水率增大，雷达波的传播速度明显减小（图3.13）。由不含水时的12.9cm/ns近似线性地减小到含水率为10%时的9.57cm/ns，即含水率每增加
40、1%反射波传播速度平均减小2.9%。信号的肯定幅值则由不含水时的114.4mv/m减小到含水率为10%时的84.9mv/m（图3.14），即含水率每增加1%，信号肯定幅值平均减小1.9%，从而造成探地雷达的有效勘探深度也随之减小。总之，介质含水率的变更会使雷达波的空间传播特性发生剧烈变更。作为干扰源，介质含水率的改变，会降低探地雷达的有效勘探深度和对弱不匀称体的空间分辩实力；对目标层（体）埋藏深度的估计可能出现偏差。正因为电磁波对介质含水率改变如此灵敏，所以探地雷达技术更适合用于探测含水率分布不匀称介质状况。依据模型正演得到的反射波传播速度、幅值及介质的等效介电常数与介质含水率之间的关系式可用
41、来指导探地雷达的资料说明。图3.11t=2.0ns时含水率不同的介质中垂直电偶极子方向剖面电场Ex重量空间分布图1：含水率0%：2：含水率2%；含水率4%；4,含水率6%5：含水率8%；6：含水率10%图3.15为不同观测参数的灵敏度曲线。可以看出介质的等效介电常数对于介质含水率改变最为灵敏；反射波速度与信号幅值的灵敏度相当。此外，由于水在高频电磁场作用下能产生较强的附加电导率，致使信号的幅值随介质含水率改变发生明显变更；水又具有较高的介电常数使得电磁波的传播速度随介质含水率的改变非常敏感。但自然界中的常见物质大都不具有这样双重性质，这也就为应用探地雷达方法区分水与非水供应了非常有利的前提。等
42、效介电常数1013速度（cm/ns）01234567891091287116105902468100.12含水率(%)含水率(%)图3.12等效介电常数随含水率改变曲线图3.13雷达波速度随含水率改变曲线信号幅值（v/m）灵敏度（dB）6543210等效介电常数传播速度信号幅值0.110.10.090.0802468100246810含水率（%）含水率（%）图3.14反射波幅值随含水率改变曲线图3.15不同测量参数灵敏度曲线2.2.3数值模拟模型二设计模型二是为了与物理试验结果进行对比，以检验数值模拟技术的有效性。物理试验结果取自法国作者S.Lauren发表在“Non-destructiveT
43、estinginCivilEngineering201*”会争论文集中的文章中。作者为探讨混凝土含水率改变与介质等效介电常数及雷达波传播特性的关系，进行了物理试验。试验模型为立方体，长和宽均为25cm，高为7cm。雷达天线放在模型的上方，天线主频为1.5GHz。模型的底面放在一金属板上，以使雷达波产生全反射（图3.16）。试验结果得到了介质等效介电常数、传播速度随介质含水率改变的关系曲线（图3.17）。依据试验数据进行了CRIM模型分析，在CRIM模型中，介质固体材料的介电常数取为4.0，孔隙度取14%。图3.16混凝土试验模型（左）及测量装置（右）图3.17试验结果图3.18CRIM模型与实
44、测结果对比为了模拟上述物理试验结果，数值模型仍由相对介电常数（r）、电导率（/sm-）横向匀称的三层介质组成，其中第一层介质为空气，其次层介质的相对介电常数和厚度与物理模型相同，分别取r24.2，h2=7cm，雷达天线主频设计为1.5GHz，第三层取电导率为无穷大，以模拟金属板。模型及其坐标系统见图3.19。空气天线=4.20s/mxyz图3.19模型示意图模型参数：第一层：r11.0，1=0.0(s/m)，厚度h1=25cm其次层：r24.2，2=0.0(s/m)，厚度h2=7cm第三层：r315.0，3为探讨介质孔隙度及含水率改变对雷达信号传播的影响，孔隙度及含水率改变异样场的设计，是在其次层匀称介质中加入呈随机分布的异样单元：异样单元所占模型剖分单元的体积百分比为14%；异样单元中一部分充填水，另一部分充填