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图雷达记录不意图1-2雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录波形的正负峰分别以黑、白色表示，或者以灰阶或者彩色表示这样，同相轴或者等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射面图为波形记录的示意图图上对照一个简单的-2地质模型.，画出了波形的记录在波形记录图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面与反射地震剖面相似，雷达剖面亦同样存在反射波的偏移与绕射波的归位问题故雷达图形也需作偏移处理反射脉冲信号的强度，与界面的波反射系数和穿透介质的波吸收程度有关“垂直界面入射的反射系数的模值和幅角，分别可由下列关系式表示RII（（（）R=J a）2ab sinQg/a2ab cosQArgR=Q=tan2-b22+2+b2+-1（装）（装）/oc-tan/oc-12211式中，二山/山，山（装山+（装口和£、a b1qG+/oc Kcj1/oc）2,
2、1\’222211分别为介质的导磁系数、相对介电常数和电导率角标和分别代表入12射介质和透射介质由关系式可以看出，反射系数与界面两边介质的电磁性质和频率（二爪）有关很明显，电磁参数差别大者，反射系数也大，于2f是反射波的能量也大上式可以用作大致的数值估计对于斜入射情况，反射系数将因波极化性质而变，反射系数还与入射角大小有关介质的含水量普通也会对、值有所影响，含水多者、值变大，相应地，反射系数也88会不同波的吸收程度与衰减因子有关，表示为口装].rr11仙匠-」b=
1.+（11当介质的电导率很低时谒!如看b M=60这是一个与电磁参数有关的量，随的增大而增大,Q随£的增大而减小；但介质电导率高时，值则与、3有关，而与几乎无关表列出了常见B g1T介质的有关参数表常见介质的物理量1TTable1Parameters valueof commonmediums电导率介电常数（相对衰减系数（Sm）（dB/m）介质速度m/ns值）空气
010.3010-i3X纯水
810.
0330.110-2海水
4810.01103冰
3.
20.
170.01花岗岩（干）10-
850.
150.ori花岗岩（湿）10-
370.1o.oTi玄武岩（湿）干10-
280.15灰岩（干）10-
970.
110.4~1灰岩（湿）
2.5X10-
280.4~1砂（干）io rio34~
60.
150.01砂（湿）10Gl0-
2300.
060.03〜
0.3黏土（湿）广io-ri
8120.06300页岩（湿）10-
170.09rioo砂岩（湿）4X10-26土壤
1.4X10-
42.6~
150.13~
0.1720~30=3—5E r~
5.OX=10〜
400.095£r10-2=
400.15£r肥土
150.078混凝土
6.
40.12沥青3~
50.12~
0.18探测的分辨率问题，是指对多个目的体的区分或者小目的体韵识别能力概括地说，这个问题决定于脉冲的宽度，即与脉冲频带的设计有关频带越宽，时域脉冲越窄，它在射线方向上的时域空间分辨能力就越强，或者可近似地认为深度方向的分辨率高，其关系式为1/At±Beff式中声效频带宽度；gf为分辨界面的有效波形之间的时间间隔At若从波长的角度来考虑，则工作主频率越高即波长短，雷达反射波的脉冲波形就越窄，其分辨率应越高实际应用中可以半波长为尺度来表明纵向分辨率例如，对于的中心频率，在黏土中，波长入以计，其分100MHZ
4.6m v=
0.06m/ns辨能力为
0.3m分辨率问题，尚应包含水平空间方向上的区分性概念这个分辨能力，在很大程度上决定于介质的吸收特性介质吸收越强，目的体中心部位与、边缘部位的反射能量相对差别也越大，水平方向的分辨能力相对也就较强吸收系数和探测深B度均较大时，可写出关系式d1/Ax^1/
3.3d7pv式中为目的体水平方向的间距固然；分辨率还与地下各个方向上脉冲波的能AX量分布情况，即天线的方向图有关此外，波的散射截面也对分辨率有影响，面介质与目的体的物理性质、工作频率的大小以及目的体的埋深则与散射截面有关因此，要了解雷达探测的实际分辨能力，需要根据不同的仪器通过具体试验来进行需要特殊指出的是天线的极化性质，对于线性极化的情形，有时在一些走向方位上接收信号的幅度为零，而圆极化辐射则可避免这一现象因此，对于前一种极化性质的天线，现场工作中必须配合天线试验进行现场测量工作，通常采用剖面法或者宽角法两种方式CDP WARR刖者，发射天线和接收天线以固定间距
（二二）沿探测线同步挪移，记录点位于TR zD的中点天线距可由式估计（对于方向仍呈弯月形峰尖临界角的天线），TR TR=2D式中为目的体的深度测量中测点间距应小于波长的对于宽角法，采用一个D1/4O天线固定，挪移另一个天线的方式，或者者两天线同时由一中心点向两侧反方向挪移此时记录的是电磁波脉冲通过地下各个不同介质层的双程传播时间，它反映地下成层介质的速度分布其图形是以天线间距为横坐标，双程走时为纵坐标，.图形以同相轴呈倾斜形态显示，速度大者较缓，速度小者较陡除了共深度法（剖面法）和宽角法以外，还有一种“多天线法（）这种测量方式是利用多个接MAM”收天线，同时实现多点测量但这种方法必须考虑天线的屏蔽，以避免直达波或者泄漏波在天线之间多次反射造成的干扰测量方式中尚有“透射法”这一形式，但用得较少目前，各种探地雷达仪器的基本原理均类同雷达控制电路产生一定间隔（
3.即的重复率）的一系列电磁短脉冲，由天线送入地下3X10J1X104ns30~100kHz这些脉冲的频宽按探测分辨特性的要求设计，普通均具有甚宽的频带，以使脉冲波形尖锐脉冲时宽为至脉冲峰值达接收天线（或者分离式10ns1〜2ns,100~150V的或者同点式的）检测来自地下不同介质界面的反射波（波形稍有变化），送到控制电路，或者进行直接数值采集（如仪），或者经一定的处理以后再做数值EKK0采集（如仪）各类探测仪均由微机控制，并配有数字处理和解释软件以及黑SIR白（波形或者灰阶）或者彩色图形输出设备（包括现场摹拟显示和打印成图），但各类设备的技术规格、结构、分量等各有特点解释原理
1.3雷达探测资料的解释，包含两部份内容，一为数据处理，二为图象解释由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅被减小，波形变得与原始发射波形有较大的差别止匕外，不同程度的各种随机噪声和干扰波，也歪曲了实测数据，因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善数据资料，为进一步解释提供清晰可辨的图象目前，数字处理主要是对所记录的波形作处理例如取多次重复测量的平均，以抑制随机噪声；取邻近的不同位置的多次测量平均，以压低非目的体杂乱回波，改善背景；做自动时变增益或者控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波；做滤波处理或者时频变换以除去高频杂波或者突出目的体、降低背景噪声和余振影响，或者进一步考虑测域的一维、二维空间滤波,设计与脉冲波形有关的反滤波或者匹配滤波器，做与目的体有关的三维处理等对于小的、局部的和细长物体，其回波散射有一些频谱特性或者极化特性需专门考虑，而天线的极化性质也影响着接收效果这些都是当前数字处理的研究对象和地震勘探的数字处理一样，探地雷达实测资料的数字处理正处在不断的发展中图象解释的第一步是识别异常，然后进行地质解释对于异常的识别在很大程度上基于地质雷达图象的正演成果，然而这方面的内容至今报导甚少中国地质大学（武汉）在完成国家自然科学基金项目“探地雷达目-的体物理摹拟和数值摹拟研究”的过程中，做了某些理论计算和大量的物理摹拟实验这些成果无疑为识别现场探测中可能遇到的种种有限目的体所引起的异常，以及对各类图象进行地质解释提供了理论依据和所有物探技术一样，雷达异常的地质解释是一个“系统工程”，它包含了高频技术、地质和地理、工程人文等多方面的知识和经验目前的人工判读解释，只是对异常的识别作一些联系已知条件的注释，但仅就这一工作，应深入研究的问题仍不少可以肯定，和专家系统、人工智能的研究类同，雷达图象异常解释的成功率，势必随着“系统工程”的不断完善而大大提高应用与发展
1.4年，英国等人在的雷达文集中撰文，介绍了雷达的应用，1988D.J.Daniels IEE并把其分为浅、中深和深应用三慷慨面探测深度小于中心频率在5m,
0.5X103MHZ以上，常用以探测隐藏物和小洞（〉）墙厚（厚度小于15cm,f=103^10iMHz
0.25cm,精度为±14cm,f为l（h~4X103MHz）,以及埋设的军械如地雷（f在
0.5X103〜
1.5X）等方面的应用为浅应用深度在或者更大，在常用以探103MHz5m f50^800MHz,测路面以下较有利条件的土壤中的埋设管缆；探测高速公路下、隧道周围的空洞和弱点在低损土壤中探废弃器具及尸首；探铺砌而如机场跑道、高速公路、水泥体中的洞隙等；考古探查；桥梁和建造物的完整性和基岩面、持力层等方面的应用为中深应用中心频率小于探深在数十至数百以至千米，通常探测矿产、100MHZ,冰层、沙漠以及飞行器的地面和月球遥感，这样的应用为深应用我国的探地雷达己在多部门、多领域内开展了应用中国地质大学（武汉）在短短的两年半时间内，在种类型的岩土地层中（石灰岩、花岗岩、矽卡岩、第四5系、土壤）做了余个工程点的探测，足迹遍及湖北、广西、广东、浙江、福建、30江西、湖南内蒙古及上海等地他们的工作归结起来涉及如下工程领域
（1）隧道探测包括隧道内周壁溶蚀带、裂隙面、溶洞及其连通性探测，隧道前方“掌子面”探查以了解前方岩性的完整性和隐患（广西天生桥水电站及长江三峡三斗坪工区）；（）堤坝探测包括土裂缝，动物穴，“老口门”等隐患探查（郑州黄河大2堤）；（）建造工程探测如三峡花岗岩风化带、湖北木兰山摄水河桥墩墩基，上3海及武汉高层建造地基，地下人防工事，内蒙西辽河拦洪闸基底，杭州钱塘江护堤抛石层，上海浦东过江引水管道敷设等探测；⑷地质灾害勘查如武汉市陆家街地区岩溶塌陷以及汉阳县蔡店地面塌陷，三峡巴东滑坡，襄樊公路滑坡勘测；
（5）管缆探查如广州黄沙区地铁四围幕工程管缆探查，深圳雅国立交桥工程管缆探查等；
（6）考古探测如湖北大冶钢录山古铜矿老窿勘探当前，地质雷达由于使用了高频（中心频率达数百兆赫）魔频带短脉冲（脉冲宽度小至广）和高速采样技术（采样间隔达或者更小，如）2ns
0.8ns
0.06ns,于是其探测的分辨率高于其它地球物理探测手段；实践表明,探测深度在较大范围内，可以满足工程探测的需要在相应条件下，可以根据探测深度与分辨率的要求选取适当的中心频率显然，作为一种有广阔前景的有效手段，它可为工程地质勘察节约大量的钻探工作量，缩短勘测周期提高勘测质量一个斩新的探地雷达开辟局面，势必在不久的将来展现在广泛的勘察技术领域之中固然，国内外目前关于地质雷达成功应用的实例报导仍然很少在仪器设备方面需在数据采集和天线设计方面作进一步的工作；在实际探测中，必须进一步考虑包括地下介质在内的探测对象的性质、探测结果的分辨特性，以及深度要求、杂乱回波的抑制、发射功率的有效作用和对操作的要求（如天线的方位、贴壁、举臂、水面操作等）数据处理和图象的地质解释仍是地质雷达探测中的关键性问题，其方法和技术需在以后的实际工作中不断地加以改善和提高第二章有耗媒质中电磁波的传播特性地质雷达和探空雷达不同，它所发射的电磁波是在地下媒质中传播的由于岩石具有一定的导电性，电磁波在这种有耗媒质中的传播，和空气相比就有其独特的特点型地质雷达仪的发射、接收装置采用半波偶极天线，其特性Pulse EKKOIV和短偶极天线基本相同因此，本文从阐述均匀无限各向同性媒质中电偶极子源的辐射入手，浅析电磁波在有耗媒质中的传播规律单色水平电偶极子源的辐射场
2.1在频率域内时谐因子均匀各向同性媒质中的麦克斯韦方稗为条人山E=iO H条人E=—iOelLlH+J条.E=q/e条人E=0式中为电场强度为磁场强度E V/m；H A/m；为外加源的电流密度为外加源的电荷密度勺；J A/n2；q C/m山为导磁率苍为复介电常数H/m；e=e+jlo式中为介电常数为导电率e F/m；S/m真空的导磁率和介电常数分别为山二几人人410-7,e=—1H几3600通常用和山「，表示相对介电常数和相对导磁率，即ere=e.e ill=ill.Lb50r0r为媒质中传导电流密度相对于位移电流密度的比值当时，/Oe/Oe位移电流起着主导作用，媒质的特性和电介质相近，称为准电介质；当时，/Oe1传导电流起着主导作用，称为良导媒质对于地质雷达所使用的频段来说，地下媒质普通可视为准电介质条爪+爪=2k2_P/g式中为单位体积中外加源的电偶极矩；为传播常数.在导电媒质中为复数:P k kk=ojlllc=a+ib实部称为相位常数虚部称为吸收系数a rad/m,B Np/m对于如图所示，在球坐标系中，为矢径对轴的夹角，为在P,2-1R,9,Q9R Yr R平面上的投影，为对轴的交角水平电偶极子位于原点其偶极矩为XZ Q r X1/2蚓二口P=y9dl Idlo1+b=2式中为短天线的长度，是偶极子两端的电荷，交变电流dl9I=d9/dt=io9oP图位于原点并取向轴的水平电偶极对波动方程求解得到2-1Ye-PeikR爪二麻方在求得赫芝势爪后，按下式计算电磁场爪+条条•爪E=k2条根爪H=_ioE从场势关系求得空间各点的场强为爪2k2P eikR33i ryEy=卜爪啜卷帝;3kk也含p”鲁2MU LU第一章探地雷达概论
1.1«1方法原理
1.24解释原理
1.38应用与发展
1.410第二章有耗媒质中电磁波的传播特性12单色水平电偶极子源的辐射场
2.112岩矿石的电磁参数
2.214脉冲偶极子源
2.318结语
2.421第三章探地雷达在探查地基和路基方面的应用错误!未定义书签探查地基方面的应用错误!未定义书签
3.1探地雷达在铁路路基检测中的应用错误!未定义书签
3.2第四章隧道衬砌质量的检测错误!未定义书签探地雷达检测隧道衬砌的原理及技术错误!未定义书签
4.1探地雷达的资料处理及探查效果错误!未定义书签
4.2无损电测喷射混凝土层厚度的方法错误!未定义书签
4.3（，H iod1+二二逊电『Qr4”R kRR当接收天线处于轴上并和发射天线平行时，这时得到主剖面（尸X R=r,Er=O,L k2peikrE=——------kr k2r2）中的场强为0OkP eikr十一n=1i（）Q4r kr在辐射区（卜忽略的高次项，得到水平电用极子源在主剖面中的剖面中的辐1/kr射场为02Pp02pP1eikrOkP OkP1eikre-bre-iarQ4r4r可见在主剖面中，电场和发射天线平行，磁场则垂直向下，且电磁场在辐射区的比值为称为媒质的波阻坑在空气中等于业，在导电媒质中为复数，说明电场和磁n n377n场之间存在相位差，磁场滞后于电场在主剖面中辐射场强与无关，即辐射场在主Q剖面中无方向性，辐射图呈圆形偶极子源辐射的电磁波是球面波，能流密度呈球面发散，发散因子为由于1/R°o能流密度正比于电、磁场的乘积，场强的发散因子为在有耗媒质中，场强因被1/Ro吸收而按指数规律衰减，电磁波向外传播的功率则按衰减e-bR e-2bR岩矿石的电磁参数
2.2高频电磁场中岩矿石的电磁性质
2.
2.1在雷达探测中，岩石的介电常数起着极其重要的作用，在高频电磁场中由于极化惯性所引起的附加导电性，也是一个值得深入研究的问题多种影响因素使得同类岩石的电阻率产在很宽的范围内变化同样，矿物的介电常数也在相当宽的范围内变化，水（为个相对单位）与C C80某些钛、镒化合物，如金红石（达个相对单位）具有高值绝大多数矿物的介电常数较低约为C170个相对412单位主要造岩矿物的£为个相对单位某些矿物的相对介电常数示于表由4〜7l-lo于主要造岩矿物与水的相对介电常数存在较大差异，所以，具有较大孔隙度岩石的介电常数主要取决于它的含水量泥岩由于含有大量的弱束缚水，所以其相对介电常数可高达岩石含泥质较多时，它们的介电常数与泥质含量有明显的关系不少50〜60火成岩的孔隙度常惟独千分之几，其主要取决于造岩er矿物，普通变化范围为当饱和岩石的液体是石油时建二其介电常6〜
122.5,数为个相对单位6〜8矿物矿物£r£r石英硬石膏
4.0~
5.
05.7〜
6.3钾长石岩盐
4.5〜
6.
05.6〜
6.4白云母钾盐
6.2~
8.
04.7〜
4.8黑云母褐铁矿
4.8~
6.
010.0^
11.0滑石磷灰犷
4.5〜
6.
07.4〜
10.5方解石方铅矿
7.5~
8.
018.0白云石闪锌矿
6.8〜
10.
07.8〜
8.3金红石菱铁矿
7.0~
7.
590.0^
170.0石膏石油
4.
22.0~
3.0表部份矿物的相对介电常数2-1水的介电常数与其矿化度的关系较弱，如水溶液含盐的浓度等于时，同蒸57g/l储水相比其介电常数只增加与此相应，岩石孔隙中所含水的矿化度同样对其介5%电常数不应有大的影响，水的矿化度增大导致岩石介电常数有少许增加野外观测和实验室标本测量的结果都说明，岩石的电学性质存在频散现象,即其随频率的改变而变化图给出按实验室资料得到的干砂岩和湿砂岩的有效电2-2阻率兀与频率的关系干砂岩的频散现象在低频范围内即已明显；当频率高O于时，湿砂岩也呈明显的频散图表示相对介电常数与频率的105Hz2-3S/gO关系图上曲线说明了不太湿的、电阻率相当高的均匀岩石的特征，在雷达频段内其介电常数可认为是一常数JCW1IO1IO1/Ht图砂岩有效电阻与频率的关系曲线2-2干标本；湿标本A O图岩石介电常数与频率的关系曲线2-3辉绿岩；.闪长岩；辉长岩；
1.
23.辉岩；王长岩；花岗岩
4.
5.
6.产生频散现象的原因可能与高频电磁场中的介电损耗以及岩石的多成份组合和复杂结构有关由于偶极子的取向需要一定时间驰像时间，因此在高频电场中浮现了极化的滞后现象，即电场和感应偶极矩之间浮现了相位差介电常数需用复数表示，并与场的频率有关式中，一表示在给定的频率上介质的固有极化，为介电损耗由此E=E+\£f Ef f f浮现了ff与位移电流相差、在方向上同传导电流相重合的电流分量这时媒质中的电流密90度和场强的关系可写成J=c++iDE Eff其中£，，是媒质的有效介电常数，而加〃是由于极化过程的惯性所引起的附加电ff导，与导电率合并成为媒质的有效导电率而附加电导与频率有关对多矿物成份或者有孔隙的岩石来说，不同的矿物颗粒及孔隙中的流体相当于一个复杂的交流电路，其阻抗与频率有关譬如在浸染状矿石中金属矿物颗粒被不导电的物质矿物颗粒将愈益显示其良导作用岩矿石的相位常数和吸收系数相位常数决定了电磁波传播的相速当波在空间行进一个波长入时，相位相应a地改变了兀，即入兀，从而相速为2a=2=入v ff=/aMa在无损耗的非磁性媒质中，=回~,相速为a式中光速（）在以位移电流为主的媒质中，相速接近于c=
0.3m/ns lns=10-9S vo0图给出了和生兀的关系曲线，当〉时，可以认为相速与无2-4v/v f£7i5X10i Vo r r损耗媒质中的相速接近，而与频率无关若设那末就f=108Hz,E=10,v fo r要求媒质的电阻率兀〉50Cm,相速才接近于,即v=c/
0.095m/nsv vo0101iow io•tio1,IOU图与佗的关系曲线（随佗兀的增加，趋近于（\反）2-4v/v7i vor rvr表是地质雷达探测中常遇到的媒质的相对介电常数和波速值，该表为综合数2-2据，援引自北原高木（频率下的测定值）及同本的仪器制造公司（表1979,1000MHZ0Y0中圆括弧内）的资料表媒质的相对介电常数和波速值2-2媒质£媒质£Vm/ns v m/ns11花冈石-H-J=LiM_1土壤（含水）
490.
150.120%
100.
0950.05〜
0.15安山岩士壤（干）43~5L
150.13^
0.
1720.21玄武岩沼泽肥土
1240.
150.087凝灰岩肥土
1560.
120.078石灰岩混凝土
760.
110.
126.
40.12大理岩沥青
60.123〜
50.12~
0.18砂岩冰
40.
153.
20.17煤
4.5聚氯乙烯
0.14~
0.
1530.15吸收系数决定了场强在传播过程中的衰减速率，对以位移电流为主b装的媒质，的近似值为/Oc1b=嚓］山二粼b188T2\Cr值与电导率成正比而与频率无关图给出了与频率/的关系曲线当媒质的］b2-5b/G1和值已知时，对于不同的频率/可从图上读出从而求出值分析图曲线得出，p b/b j当乘积的值大于时，媒质的吸收系数与频率无fcp2X1010r关如要求媒质的电阻率大于吸收系数即与频率f108Hz,c=10,20Qm,r无关值得注意的是，当采用直流电阻率计算岩石的吸收系数时，由于导电率的频散现象，计算值往往低于实测值图吸收系数与频率的关系曲线2-5脉冲偶极子源
2.3当已知脉冲子波的时间函数时其频谱可由傅里叶变换求得ftFO=j teioidtGO若给出的是有限离散序列编为取样间隔，编为时窗,则:1,N—1,t nt编编编而编Fm0£1f nt®mn tm=0,1,,NTn=0其反变换为f（n编t）-x午（m编编C）O）e-imn编询i爪八2m=0对型探地雷达仪可设pulse EKKOIVf t=t2e-oisin O t0式中O为中心频率；脉冲的衰减速率取决于系数a,可取a
二、8其频谱为:向—203i0）2-O21c］F（°）=P c铲t a—i0）2+0图为脉冲波形及其相对振幅谱2-6图电磁脉冲波形（）和相对振幅谱（）（中心频率为）2-6a b100MHz对长度有限并包含着不同频率谐波的波列，前面所定义的相速便失去了切当的含义一个载信息的波列通常含有一个高频载波和以载波为中心向两侧扩展的频带这种由一个“频率群”组合的讯号构成一个波包，波包包络的传播速度称为群速为了说明群速的概念，考虑最简单的情况，即它是由两个振幅相同、角频率分别为+编O和—编（编）的行波组合而成因为它们的角频率O000000略有差别，作为频率函数的相位常数也会有弱小差异设对应于这两个频率的相位常•H/数分别为+编和一编于是有a a a a00（）［（+编）（+编）］［（—编）（—编）］E r,t=E cosa a r—0Ot+E cosaar—0t000000（编编）（）=2E cosar—Ot cosar—Ot000上式表示沿路径传播的波，以中心频率％快速振荡，其振幅随角频率编缓慢变r化，如图所示包络的传播速度由下式决定2-7图两个频率非常接近的讯号2-7由此求得群速_编匚编编U o-fit-a对编的极限情况，群速这相当于宽频带讯号的速度对无色散的媒o0U=1/da/do质，相速与无关，讯号中不同频率的谐波都以同一相速前进，群速等于相速对v正常色散媒质，相速随增加而减少，这时群速小于相速对异常色散的媒质，相v速随的增加而增加，则群速大于相速导电媒质属于异常色散媒质，例如对装/oc1的准电介质，相位常数可近似地表示为珂磅2=01+32]由此求得相速和群速为二小碌v*q可知群速大于相速，但对以位移电流为主的媒质，两者的差别很小对装的良/OC1导媒质，相位常数近似为a2相速和群速分别为v=U=2fi fi山装山装V即相速是群速的一半在良导媒质中，由于各个谐波分量的相速和吸收系数有明显的差别，脉冲波在传播过程中很快发生畸变，无法根据波峰或者波谷来确定其速度，群速失去了它的物理意义图为在业的媒质中，对不同传播距离2-8p=10m,cr=25r的脉冲波形进行计算的结果计算中将脉冲频谱乘上因子Fo eikr,袂白FR便田n工后亦用忐俎e/什幅采用了任意的相对单位图是在的媒质中计算的结果,惟独当距2-9p=10Qm,cr=16离r图脉冲波形在有耗媒质中传播时的畸变2-8a.r=0；b.r=lm；c.r=2m.P=10Q m；cr=25图脉冲波形在有耗媒质中传播时的畸变2-9r=10；b.r=40m；c.r=80m.P=100Q m；cr=16a.结语
2.4对电磁波在有耗媒质中的传播特点可归结如下电磁波在传播过程中因媒质吸收而迅速地衰减，限制了地质雷达的探测深
1.度对以位移电流为主（―2_p或者fcrp
1.8人1010）的媒质，吸收系数（0£«1b=188（/；7,吸收系数与电导率成正比虽然吸收系数也随占，的增大而减少，但岩石用变化范围小，而电阻率则受含水饱和度和矿化度的影响有特殊宽的变化范围，因c此吸收系数主要由电阻率确定.岩石电学性质的频散，特殊是有效电导率随频率升高而增加的现象，是一个2需要注意的问题如果认为电导率不随频率变化，则当频率增加（到之后，吸/Oc1收系数就不会再增加了，这与实际情况不符、、、出甘口口出工丑/-I I2-^X4/r4-f»AZ-t4H r4-tAk nFHNilF=1AA
3.在以位移电流为主的媒质中，相速Y必C雷达波的反射主要发生在or介电常数差异的界面上.有耗媒质是一种异常色散媒质，群速大于相速，这导致脉冲波形在传播过程4中发生畸变群速和相速在以位移电流为主的媒质中差别甚小，但当雷达反射波往返的路程很长时也会浮现明显的波形畸变衬砌混凝土强度的检测错误!未定义书签
4.4第五章探地雷达在公路道路检测中的应用及研究错误!未定义书签公路道路评价错误!未定义书签
5.1铁路路基雷达检测应用研究错误!未定义书签
5.2一维滤波错误!未定义书签
5.3雷达初至波的确定错误!未定义书签
5.4道路脱空雷达波数字摹拟及解释策略错误!未定义书签
5.5基于时间窗谱剖面技术的病害解释方法研究..错误!未定义书签
5.6基于滚动谱剖面技术的病害解释方法研究......错误!未定义书签
5.7第六章探地雷达在隧道地质预报探水中的解释资料问题错误!未定义书签地下水对雷达波的反射波的特点错误!未定义书签
6.1实例错误!未定义书签
6.2参考文献错误!未定义书签第一章探地雷达概论概述
1.1雷达探测技术用于地下，是一项提出较早的课题然而只是在高频微电子技术以及计算机数据处理方法迅速开辟的近代，这项技术才获得本质性的发展今天，探地雷达不仅在探测装备上高度集中了现代技术领域的成就而得到了极大的改善，它的应用领域也正在迅速开辟美国、加拿大、日本以及西欧等国正大力开辟这一技术，服务业务也日益增多有关该项技术方面的应用成果和文章，已频繁地浮现在一些期刊、专门会议文集以及各种地球物理国际学术会议的报告中年在芬兰召开的第四届探地雷达国际会议1992上，提交优秀论文篇，并已汇集成册目前我国也有不少部门，包括地矿、45水电、煤炭、铁道等单位正在开展这一技术的试验和应用与探空或者通讯雷达技术相类似，探地雷达也是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的，只是它是从地面向地下发射电磁波来实现.探测的，故亦称之为地质雷达将雷达原理用于探地，早在年就已提出，1910当时德国的和曾经以专利形式阐明这一问题以后G.Leimback LowyJ.C.Cook在年用脉冲雷达，在矿井中做了试验但是，由于地下介质比空气具有1960强得多的电磁波衰减特性，加之地下介质情况的多样性，波在地中的传播特性比在空气中要复杂得多因此，探地雷达的初期应用仅限于波吸收很弱的冰层、岩盐矿等介质中如年用雷达测量极地冰层的厚度；s.Evans1963年在南极冰面上取得了穿透的资料；年Harrison1970800〜2200m1974L.T.用雷达研究月球表面结构；Procello探测冰川和冰山的厚度等随着仪器信噪比的大大提高和数据处Unbterberger理技术的应用，年代以后，探地雷达的实际应用范围迅速扩大，其中有石灰岩地70区采石场的探测（1971年Takazi；1973年Kitahra）＞二程地质探测（1974年R.年，年和年等，M.Morey；19761977A.P.Annan J.L.Davis,1978Olhoeft,Dolphin1979年Benson等）、煤矿井探测（1975年J,C.Cook）、泥炭调查（1982年C.P.F.Ulriksen）、放射性废弃物处理调查（1982年D.L.wright,R.D.Watts；1985年）以及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
0.Olsson路下空洞及裂缝调查、埋设物探测和水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查等（1982年加拿大、日本、美国、瑞典等报导）〜1987随着微电子技术的迅速发展，现在的探地雷达设备早已由庞大、笨重的结构改进为现场合用的轻便工具目前，已推出的商用探地雷达有美国地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系列，微波联合公司（M/A—Com,Inc.）的系列，日本应用地质株式会社（公司）的Terrascan MK0Y0GE0RADAR系列，加拿大探头及软件公司（SSI）的PulseEKKO系列，瑞典地质公司（）的钻孔雷达系统等这些商用的探地雷达所使用的中心SGAB RAMAC工作频率在范围，时窗在据报导，根据不同的地质101000MHz020000nso条件，地面系列的探测深度约在分辨率可达数厘米，深度符合率小30〜50m,于探地雷达由于采用了宽频短脉冲和高采样率，使其探测的分辨率高±5cm于所有其它地球物理探测手段，又由于采用可程序高次叠加（多达次）4000和多波形处理等信号恢复技术，于是大大改善了信噪比和图象显示性能今后的趋势是向多天线高速扫描接收和进一步改善天线对各种目的体的回波响应性能，以实现更精确、小尺寸、高工效、低成本以及图象联系真实地质情况等总的要求理论研究方面，目前仍相对地集中在信号处理上这是因为探地雷达所接收到的信号十分复杂，脉冲在通过地下介质的过程中，波形和波幅将发生较大的变化，而脉冲余振、系统内部干扰、地表不光滑或者地下介质均使得实时记录图象不均匀等引起的散射以及剖而旁侧的绕射等干扰多变和不易分辨、但是当前的信号处理还只限于时问波形处理，如从单次测量结果中减去平均波形以压低噪声和杂乱回波、采用时变增益以补偿介质吸收和抑制深部噪声、用频率滤波以剔除不必要的干扰频率等除此之外，还研究采用了聚焦技术，以集中目的体的空间向应采用讯号增强以及预反褶积等数值处理技术，以加强近地表被强初至含糊了的反射体波形特征等为了识别图象或者对图象进行地质解释，除了在简单形体正演基础上大多采用人工判读方法外，正在开展专家系统技术的有关研究和地震勘探工作相似，探地雷达探测体的正反演研究也正在进行之中我国的探地雷达仪器研制始于年代初期地质矿产部物探研究所、煤70炭部煤炭科学院重庆分院，以及一些高等院校和其它研究部门均做过探地雷达仪器研制和野外试验工作当时使用的是同点天线，以高频示波器显示回波，直接读取初至或者照像记录波形但由于种种原因，这一技术未能正式用于实际现在，国家地震局、水电勘测设计部门、煤炭部门、铁道部门、黄河水利委员会有关部门以及中国地质大学（武汉）相继引进了国外的仪器，探地雷达的应用和理论研究工作也正日益扩展中国地质大学（武汉）在国家自然科学基金资助下，于年开始进行1991了探地雷达地下目的体的正反演研究工作，完成为了大量的物理摹拟和数值摹拟的实验和计算工作，为现场应用中资料解释和进一步的理论研究奠定了基础为配合研究工作相年开始，该校在短短的两年半时间内完成为了个省、19908自治区和直辖市类岩土对象的余个工程工区、包括众多地质问题的现场530探测本专辑将系统地介绍该校在理论和应用方面的最新成果今天，可以说，探地雷达的下列技术特性已为其开辟应用领域，特别是在工程地质领域的应用铺平了道路
（1）探地雷达是一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于城市和正在建设中的工程现场工作场地条件宽松，适应性强（对于轻便类的仪器）；（）抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下2工作，环境干扰影响小；
（3）具有工程上较满意的探测深度和分辨率.现场直接提供实时剖面记录图，图象清晰直观；便携微机控制4数字采集、记录、存储和处理轻便类仪器现场仅需人或者更少人员即可工3作，工作效率高固然，由于使用了高频率，电磁波能量在地下的衰减剧烈，于是在高导厚覆盖条件下，探测范围受到限制方法原理
1.2探地雷达利用高频电磁波主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫以宽频带短脉冲形式，田地面通过天线送入地下，经地下地层或者目的体反射后T返回地面，为另一天线所接收图脉冲波行程需时R1T当地下介质中的波速为已知时，可根据测到的精确的值t=\4z2+X2/w OV tns,由上式求出反射体的深度式中值在剖面探测中是固定的lns=10-9s mxm值可以用宽角方式直接测量，也可以根据必似算出当介质的导vm/ns mc/gfi电率很低时囤，其中为光速=为地下介质的相对介电常数值，后c c=
0.3m/ns,者可利用现成数据或者测定获得-xI RAAM7“7八”7J7川77777图反射探测原理IT。
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