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1、重要知识点及公式 目录 重要知识点及公式.1 目录.1 一、天线分类.2 二、不同频率天线简介.2 三、双程走时.2 四、分辨率.2 五、雷达常用时间和速度单位.3 六、时窗、采样点和采样频率关系.3 七、介质中电磁波速度及穿透深度.4 八、天线中心频率选取.4 九、三振相振幅，相位，频率.4 一、天线分类 按屏蔽与否分：屏蔽天线，非屏蔽天线 按耦合方式分：地面耦合，空气耦合 按频率高低分：低频，中频，高频 按组合方式分：组合式天线，分离式天线 按采用体制分：脉冲雷达，随机噪声雷达，步进调频雷达 备注：黑体部分表示本公司天线系列。二、不同频率天线简介 高频天线：天线的中心频率在 1000MHz
2、 以上，在结构检测、路面结构分层、钢筋结构探测等方面使用。发射的电磁波的波长很短，分辨率高，适合浅部探测使用。中频天线：天线的中心频率在 2501000MHz 之间，在路面路基检测、隧道衬砌检测、管线测试等方面使用 低频天线：天线的中心频率在 250MHz 以下，在野外地质勘查、岩溶调查、隧道超前预报等方面使用。发射的电磁波波长较长，分辨率低，适合深部使用。三、双程走时 电磁波从发射开始，遇到目标体反射回来，由接收天线接收，所走过的路程为 2 倍的探测深度，所用时间被称为双程走时。v=2d/t d:探测深度，t:电磁波传播时间，v:电磁波速度 四、分辨率 分辨率是指对多个目的体的区分或对小目的
3、体的识别能力，它可分为垂直分辨率和水平分辨率，它们决定了地球物理方法分辨最小异常介质的能力。1、垂直分辨率：探地雷达剖面中能够区分一个以上反射界面的能力（或在垂直方向上 所能分辨的最小异常体的大小）称为垂直分辨率。从理论上可把8/作为垂向分辨率的极限，考虑到干扰噪声等因素，一般把4/b作为垂向分辨率的下限，在实际应用中，为保证探测质量，也可把下限定为2/b。上面的为所探测地层中雷达波的波长。根据公式fcfv可间和速度单位六时窗采样点和采样频率关系七介质中电磁波速度及穿透深度八天线中心频率选取九三振相振幅相位频率一天线分类按屏蔽与否分屏蔽天线非屏蔽天线按耦合方式分地面耦合空气耦合按频率高低分低频
4、中频高频按组合列二不同频率天线简介高频天线天线的中心频率在以上在结构检测路面结构分层钢筋结构探测等方面使用发射的电磁波的波长很短分辨率高适合浅部探测使用中频天线天线的中心频率在之间在路面路基检测隧道衬砌检测管线测试等长分辨率低适合深部使用三双程走时电磁波从发射开始遇到目标体反射回来由接收天线接收所走过的路程为倍的探测深度所用时间被称为双程走时探测深度电磁波传播时间电磁波速度四分辨率分辨率是对多个目的体的区分或对小目知，探地雷达的垂直分辨率既跟天线的主频有关，又跟雷达波在介质中的传播速度 有关，即与介质的介电常数有关。此表值以公式fv给出，速度取 0.1m/ns 2、水平分辨率：地质雷达在水平方
5、向上所能分辨的最小异常体的尺寸称水平分辨率。水平分辨率为4Fd，其中2/HdF，（为雷达子波的波长，H为异常体的埋藏深度，Fd为第一 Fresnel带直径）由于 Fresnal带的存在，当两个有限异常体的间距小于 Fresnel带时，则不易把这 两个目标体区分开。五、雷达常用时间和速度单位 雷达上最为常用的单位是个时间单位纳秒“ns”,因为雷达的电磁波是记录的一个时间长度，从天线发射电磁信号开始就计时，到隐蔽目标体的发射电磁波信号让天线接收到位置结束，记录的是个时间长度，一个纳秒等于十的负九次方秒，还有一个常用的时间单位是微秒“us”，一个微秒等于的十的负六次方秒。电磁波的波速在空气中为光速(
6、300m/us 或 0.3m/ns 或 300mm/ns)，在介质中的波速要低于光速。六、时窗、采样点和采样频率关系 时间窗：采样点：采样频率：时间窗采样点/采样频率 时窗是探地雷达数据采集时必须设置的一个参数，其单位为纳秒（ns），用户通过这个参数确定探地雷达主机系统在发射雷达脉冲信号后多长时间开始记录经地下地质体反射回的雷达波，即控制雷达波在地下传播的时间。在选择此参数时应该注意以下问题，若时窗选取得过小，雷达波没有到达探测目的体就被返回，无法达到探测目的；反之，时窗选取过大，由于电磁波在介质中的衰减，则可能使部分时间段没有信号。时间窗决定了我们的采样深度，一般理论上认为 20ns等于 1
7、米的探测深度。如果在水中，则探测 1米的深度，大概需要 60.6ns。野外探测时一般采用下面的方法来计算时窗值，时窗 W主要取决于最大探测深度maxd与地层电磁波速度 v，数据采集时所设置的时窗值可由下式估算：nsmmvdw/max 23.1 上式将时间窗多开出 1/3左右，这样做的目的有三。间和速度单位六时窗采样点和采样频率关系七介质中电磁波速度及穿透深度八天线中心频率选取九三振相振幅相位频率一天线分类按屏蔽与否分屏蔽天线非屏蔽天线按耦合方式分地面耦合空气耦合按频率高低分低频中频高频按组合列二不同频率天线简介高频天线天线的中心频率在以上在结构检测路面结构分层钢筋结构探测等方面使用发射的电磁波
8、的波长很短分辨率高适合浅部探测使用中频天线天线的中心频率在之间在路面路基检测隧道衬砌检测管线测试等长分辨率低适合深部使用三双程走时电磁波从发射开始遇到目标体反射回来由接收天线接收所走过的路程为倍的探测深度所用时间被称为双程走时探测深度电磁波传播时间电磁波速度四分辨率分辨率是对多个目的体的区分或对小目 1、成图漂亮美观 2、滤波时去除直流漂移时使用 3、为地层速度与目标深度的变化留出的余量 七、介质中电磁波速度及穿透深度 雷达电磁信号的穿透深度与被测目标体所处的介质情况有关系，具体的说就是与介质的电导率有关，通俗的说电导率相当于阻抗，介质的电导率越大，电磁波的穿透深度越浅，反则反之，比如说含水的
9、粘土的电导率特别大，这种情况下不适合雷达的测试，还有就是盐碱地，含金属矿的区域等等。另外湿的岩石或者混凝土的测试深度低于干燥情况。同样在湿的介质条件下电磁波速也就低了。雷达的电磁信号在介质中的电磁波速与介质的介电常数有关系，介电常数越小，电磁波在这种介质中的波速越大，反则反之。其关系式为：rcv 式中，v=介质中 GPR 信号的速度，c=光速，r=相对介电常数。1、500MHz 屏蔽天线在测试隧道衬砌或者是混凝土时，电磁波速一般在 0.10.13m/ns，我们最常用的是 0.10.12m/ns 左右。2、RTA50超强地面耦合天线做深部勘查的时候，电磁波速一般都是低于 0.1m/ns，不过值得
10、的注意以上的电磁波速都是经验值，如果要准确的定位目标体或者给出检测的深度或厚度值必须要做波速验证，验证的方法就是钻芯验证。八、天线中心频率选取 方法 1：一般可根据经验选取天线中心频率（重要表格中相应的数据）。方法 2：如果要求的空间分辨率为x（单位 m），周围介质相对介电常数为，则天线中心频率f可由下式初步选定：xf150(MHz)，然后选择天线系列中中心频率最接近的天线。九、三振相振幅，相位，频率 识三振相识别雷达图像三个最重要的概念 振幅：相位：频率：间和速度单位六时窗采样点和采样频率关系七介质中电磁波速度及穿透深度八天线中心频率选取九三振相振幅相位频率一天线分类按屏蔽与否分屏蔽天线非屏蔽天线按耦合方式分地面耦合空气耦合按频率高低分低频中频高频按组合列二不同频率天线简介高频天线天线的中心频率在以上在结构检测路面结构分层钢筋结构探测等方面使用发射的电磁波的波长很短分辨率高适合浅部探测使用中频天线天线的中心频率在之间在路面路基检测隧道衬砌检测管线测试等长分辨率低适合深部使用三双程走时电磁波从发射开始遇到目标体反射回来由接收天线接收所走过的路程为倍的探测深度所用时间被称为双程走时探测深度电磁波传播时间电磁波速度四分辨率分辨率是对多个目的体的区分或对小目