地質(zhì)雷達(dá)培訓(xùn)技巧(講授__上部)

1、云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院李 昆 副教授Email: L學(xué)習(xí)、交流、合作-共同進(jìn)步！云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授準(zhǔn)備知識(shí)：雷達(dá)發(fā)展的歷史（見：翻譯文稿）目前市場(chǎng)上地質(zhì)雷達(dá)的類型及其競(jìng)爭(zhēng)（見：radar1類型ppt；遼寧公路比武與2000年世界著名雷達(dá)比武榮獲第一；最新的格威雷達(dá)資料）本次研修班使用的雷達(dá)簡(jiǎn)況： 1、型號(hào)：RIS-2k A (最新RIS-k2 ) 2、硬件：四套天線及主機(jī)系統(tǒng) 3、軟件：四個(gè)配套數(shù)據(jù)處理軟件 4、參見意大利RIS雷達(dá)資料（精選）ppt云交院雷達(dá)系統(tǒng)云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授雷達(dá)系統(tǒng)、探測(cè)

2、及其解譯圖示意大利RIS雷達(dá)資料（精選）參閱：1、加拿大蒙工實(shí)驗(yàn)室GPR情況： （文件夾：蒙工GPR儀器照片）2、Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)（李昆）.doc反射剖面模式下的反射剖面模式下的GPRGPR原理原理a) 一套發(fā)射與接收天線沿剖面方向勻速移動(dòng)，在圖（c）GPR剖面上天線位置56、91、226的反射波路徑略圖b)在 wiggle模式下，這些位置處接收信號(hào)的顯示c) 在海岸環(huán)境下用200MHz系統(tǒng)獲得的GPR剖面。水平軸顯示沿剖面的距離，左邊的垂直軸顯示雙程走時(shí)，右邊顯示轉(zhuǎn)換的深度。直達(dá)波問題！問題一:GPR圖譜黑白線條的含義？?。ㄗ⒁猓褐边_(dá)波問題？！）參見：翻譯文章第八章第一節(jié)云南交

3、通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授在接收雷達(dá)上看到的單個(gè)信號(hào)脈沖與反射的結(jié)構(gòu)圖云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授異常的發(fā)現(xiàn)圖解：Wiggle圖：云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度減弱的過程如右圖。其中，頻率越高衰減就越大；在頻率一定的情況下，濕度越大的介質(zhì)衰減也越大。 云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授問題二:振幅激化方向問題？！1、 振幅反射系數(shù) R 表征反射能量的大小，與介質(zhì)兩側(cè)相對(duì)介電常數(shù)差值大小有關(guān)：2、R值為正，即高波速介質(zhì)進(jìn)入低波速介質(zhì)（空氣進(jìn)入巖石內(nèi)，正振幅，以紅色表示）；為負(fù)，即低波速介質(zhì)進(jìn)入高波速介質(zhì)（從混凝土內(nèi)部進(jìn)入

4、其空洞，負(fù)振幅，以蘭色表示） 云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授振幅正負(fù)值與顏色云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授問題三：探測(cè)深度與時(shí)窗長(zhǎng)度 的問題？！探測(cè)深度的選取是GPR探測(cè)開始就要面臨的重要問題。處理原則：既不要選得太小丟掉重要數(shù)據(jù)，也不要選得太大降低垂向分辨率。一般選取探測(cè)深度H為目標(biāo)深度的1.5倍。時(shí)窗的選擇決定雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)反射回來的雷達(dá)信號(hào)取樣的最大時(shí)間范圍，這就決定了雷達(dá)記錄所反映的最大探測(cè)深度。云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授雷達(dá)最大探測(cè)深度的問題？-實(shí)際運(yùn)用中存在著兩個(gè)公式，這是一個(gè)容易引起混亂的問題！時(shí)窗主要取決于最大探測(cè)深度d與地層電磁

5、波速度v，數(shù)據(jù)采集時(shí)所開的時(shí)窗W可由下式?jīng)Q定（經(jīng)驗(yàn)公式）: 由于系統(tǒng)默認(rèn) v = 0.1 m/nsec ,故上式寫成：w = dmax201.3 上式中時(shí)窗的選用值增加30%，是為了介質(zhì)中電磁波速度與目標(biāo)深度的變化所設(shè)的校正值。根據(jù)探測(cè)深度H和介電常數(shù)推導(dǎo)得來的時(shí)窗長(zhǎng)度（Range/ns）公式： Range(t)=(2/0.3)H()1/2 =6.6H()1/2 (單位：ns) 例如對(duì)于地層巖性為含水砂層時(shí)，介電常數(shù)為25，探測(cè)深度為3m時(shí)，時(shí)窗長(zhǎng)度應(yīng)選 為100ns，時(shí)窗選擇略有富余，寧大勿小。 （工作中關(guān)鍵是：介電常數(shù)（工作中關(guān)鍵是：介電常數(shù)不易獲得?。┎灰撰@得！）儀器使用中，各天線有其默

6、認(rèn)的最大時(shí)窗wmax值，它對(duì)應(yīng)一個(gè)最大探測(cè)深度。問題四：各使用天線的垂直與水平分辨率具體值如何確定？！-這是一個(gè)很少人給出具體說明的問題！云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授電磁波波束寬度決定水平空間分辨率在保證分辨率且場(chǎng)地條件許可時(shí), 盡量使用中心頻率低的天線。天線的中心頻率可由下式確定: 其中: X 為空間分辨率，m 。 云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授SSI公司對(duì)兩個(gè)不同位置的點(diǎn)目標(biāo)在兩種天線頻率探測(cè)下的分辨率演示提示我們野外工作要選對(duì)天線！ a)在模型空間中部1m深埋設(shè)單管；b) 模型中部1m和1.2m深上、下埋設(shè)雙管；c)雙管1m深，水平0.5m間距云南交通職

7、業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授雷達(dá)垂直分辨率：/4 /2例如：80MHz天線垂直分辨率估算周期 T=1/（80106 ）=125 10-10 s平均波速v =0.1m/ nsec = 1108 m/s波長(zhǎng)= v T = 1.25 m雷達(dá)垂直分辨率：0.312 0.625 m云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授水平分辨率及其計(jì)算公式：L=(r/2)1/2例如：40MHz1/fc =25 ns r=2mc=0.1x25=2.5 L=(2.5)1/2L=1.58m (?)目標(biāo)介質(zhì)特性和地質(zhì)雷達(dá)的中心頻率一定時(shí)，d 越深,能夠分辨的物體尺寸要越大。 云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李

8、昆 副教授幾個(gè)基本概念：地下不同介質(zhì)形狀不同，電磁性不同，產(chǎn)生的反射波的振幅、相位、頻率均相應(yīng)產(chǎn)生變化，地質(zhì)雷達(dá)圖像上顯示的反射波是反射波的振幅，相位、頻率等參數(shù)綜合顯示的實(shí)信號(hào)（注：與復(fù)信號(hào)相對(duì) ）。瞬時(shí)振幅波形瞬時(shí)振幅波形反映了給定時(shí)刻反射信號(hào)能量大小及能量衰減狀況，利用它可以推測(cè)地下介質(zhì)的性質(zhì)。瞬時(shí)相位波形瞬時(shí)相位波形反映地下介質(zhì)相位的變化，地下介質(zhì)電磁性差異常引起相位的變化，因此利用它可推測(cè)地下介質(zhì)的連續(xù)性。另外瞬時(shí)相位大小與反射波的振幅無關(guān)，因此利用它可研究地下深層介質(zhì)的性質(zhì)。瞬時(shí)頻率波形瞬時(shí)頻率波形也反映了地下介質(zhì)性質(zhì)的變化，利用它可推測(cè)地下介質(zhì)的形狀及性質(zhì)。掃描速率掃描速率Sca

9、ns/S：掃描速率是定義每秒鐘雷達(dá)采集多少掃描線記錄，掃描速率大時(shí)采集密集，天線的移動(dòng)速度可增大，因而可以盡可能的選大。但是它受儀器能力的限制。對(duì)于一種類型的雷達(dá)，他的A/D采樣位數(shù)、掃描樣點(diǎn)數(shù)和掃描速度三者的乘積應(yīng)為常數(shù)。當(dāng)掃描速率Scans/s決定后，要認(rèn)真估算天線移動(dòng)速度TV。估算移動(dòng)速度的原則是要保證最小探測(cè)目標(biāo)（SOB）內(nèi)只少有20條掃描線記錄：TVScans*SOB/20，例如探測(cè)目標(biāo)最小尺度為10cm、掃描速率64Scans/s時(shí),推算天線運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)小于32cm/s，相當(dāng)于0.5cm/scan。如果最小目標(biāo)為0.5m,則天線移動(dòng)速度可達(dá)1.5m/s。掃描樣點(diǎn)數(shù)掃描樣點(diǎn)數(shù)Sampl

10、es/ScanSamples/Scan：有128、256、512、1024、2048/scan可供選用，為保證高的垂向分辨，在容許的情況下盡量選大。對(duì)于不同的天線頻率Fa、不同的時(shí)窗長(zhǎng)度Range，選擇樣點(diǎn)數(shù)Samples應(yīng)滿足下列關(guān)系：Samples10-8*Range*Fa ，該關(guān)系保證在使用的頻率下一個(gè)波形有10個(gè)采樣點(diǎn)。例如對(duì)于900MHZ天線，40ns采樣長(zhǎng)度的時(shí)窗，要求每掃描道樣點(diǎn)數(shù)大于360Sanples/Scan，可以選擇接近的值512。對(duì)于100MHZ天線，500ns采樣長(zhǎng)度，樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)大于500 Samples/ Scan,可以取512或1024。樣點(diǎn)數(shù)大對(duì)提高資料的質(zhì)量有利

11、，但耗時(shí)較大，影響前進(jìn)速度。 云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-公路學(xué)院 李 昆 副教授增益點(diǎn)數(shù)的選擇增益點(diǎn)數(shù)的選擇：增益點(diǎn)的作用是使記錄線上不同時(shí)段有不同放大倍數(shù)，使各段的信號(hào)都能清楚的顯現(xiàn)出來，增益點(diǎn)的位置最好是在反射信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)段附近。SIR型雷達(dá)設(shè)計(jì)的增益點(diǎn)從2到8個(gè)，時(shí)窗短時(shí)選2點(diǎn)增益，時(shí)窗長(zhǎng)時(shí)選4或5足以。點(diǎn)之間的增益是線性變化的，增益的變化是平滑的。增益大小的調(diào)節(jié)是使多數(shù)反射信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到滿度的60%-70%，增益太大將造成削頂，增益太小將丟失弱小信號(hào)。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集時(shí)的信號(hào)觸發(fā)方式一般有4種，即測(cè)量輪觸發(fā)、時(shí)間觸發(fā)、鍵盤觸發(fā)、線式觸發(fā) GPR圖譜識(shí)別的幾個(gè)概念：地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面是地質(zhì)雷達(dá)資料解釋的基礎(chǔ)，只要掌子面前方介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達(dá)剖面圖中找到相應(yīng)的反射波與之對(duì)應(yīng)。根據(jù)相鄰道上反射波的對(duì)比，把不同道上同一個(gè)反射波相同相位連接起來的對(duì)比線稱為同相軸同相軸，雷達(dá)剖面圖的識(shí)別主要是確定具有相同特征的反射波組的同相軸。 構(gòu)造斷裂帶構(gòu)造斷裂帶在雷達(dá)剖面圖上的波形反映一般是與斷裂帶走勢(shì)相同的一條曲線；軟弱軟弱夾層和巖溶洞穴夾層和巖溶洞穴的波形反映一般是由許多細(xì)小的拋物線組成的一塊較大區(qū)域，與周圍的波形存在明顯的差異。 水泥制成水