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1、第三讲 地 质 雷 达中国矿业大学中国矿业大学刘志新刘志新病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术 在隧道开挖、煤矿生产及地面工程建设中经常遇到复杂的地质异常，给施工带来困难，尤其是穿过老窑、软弱破碎带、岩溶区，或者煤与瓦斯突出的危险区域，若事先未能探查清楚往往造成塌方、涌水或煤与瓦斯突出等事故，影响安全生产。在地面工程地质勘探中，要求实施大面积、高密度精查勘探，这就对地质探测手段提出了高的要求。实践证明，应用矿井地质雷达进行探测，简便快捷，机动灵
2、活，能较好而准确地提供资料，取得较好效果。 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术 探地雷达（探地雷达（Ground Penetrating RadarGround Penetrating Radar）是一种高科）是一种高科技的地球物理探测仪器，目前已经广泛的应用于高速公路，技的地球物理探测仪器，目前已经广泛的应用于高速公路，机场的路面质量检测；隧道，桥梁，水库大坝检测；地下机场的路面质量检测；隧道，桥梁，水库大坝检测；地下管线，地下建筑的检测等
3、诸多的工程领域。管线，地下建筑的检测等诸多的工程领域。 探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接受来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中个天线接受来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形资料，可推断地下介质的（亦称双程走时）、幅度与波形资料，可推断地下介质的分布情况。分布情况。病原体侵入机体，消弱机体防御机能
4、，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术 对地下雷达探测目标的解释,离不开必要的地质理论和地质工程知识，更确切地说，探测地下目标的雷达系统应称为“地质雷达系统”(Geologic radar system)。 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术一、基本原理一、基本原理 地质雷达由地质雷达由发射部分发射部分和和接收部分接收部分组成
5、。发射部分由组成。发射部分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线(Tx)组成。通过发射天线电磁波以组成。通过发射天线电磁波以6090的波束角向地下的波束角向地下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线（射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线（Rx）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两种显示出来
6、。种显示出来。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术图图1 1地质雷达探测原理示意图地质雷达探测原理示意图 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技
7、术中国矿业大学。地球探测与信息技术病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术当地下介质中的波速当地下介质中的波速v为已知时，可根据精确测得的走为已知时，可根据精确测得的走时时t，由上式求得目标体的深度，由上式求得目标体的深度z。式中。式中x值即收发距，在剖值即收发距，在剖面测量中是固定的；面测量中是固定的；v值可用宽角法直接测量，也可以根据值可用宽角法直接测量，也可以根据近似计算公式：近似计算公式：c为为光速；光速；为为地下介地下介质质的相的相对对介
8、介电电常数。常数。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术介质介质相对介电常数相对介电常数电磁波速度电磁波速度V V（m/ns)m/ns)水水81810.0330.033空气空气1 10.30.3雪（湿）雪（湿）4 412120 .090 .090.150.15石灰岩石灰岩7(6)7(6)0.11(0.12)0.11(0.12)土壤土壤( (干干) )4(34(35)5)0.15(0.130.15(0.130.18)0.18)土壤（含水土壤（含水2
9、0%20%）10(410(440)40)0.095(0.050.095(0.050.15)0.15)冰冰3.23.20.170.17铜或铁铜或铁1 1-常见介质的常见介质的 和和病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正定。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色和白色表示，或以灰阶或彩色表
10、示。负峰分别以黑色和白色表示，或以灰阶或彩色表示。这样，这样，同相轴或等灰度、等色线，即可形象地表征出地下反射界同相轴或等灰度、等色线，即可形象地表征出地下反射界面。面。在波形记录上，各测点均以测线的铅垂方向记录波形，在波形记录上，各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。构成雷达剖面。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术由于探地雷达的电磁波主要是在非理想介质中传播的所以由于探地雷达的电磁波主要是在非理想介质中传播的所以其衰减的速度非常快
11、，这构成了雷达应用的主要障碍，即探测其衰减的速度非常快，这构成了雷达应用的主要障碍，即探测的深度有限。电磁波的电场强度随着距离的衰减规律是：的深度有限。电磁波的电场强度随着距离的衰减规律是：其中为其中为介质的吸收系数，它与介质的介质的吸收系数，它与介质的电性电性和和频率频率有关，有关，根据计算可以写为根据计算可以写为病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术趋肤深度趋肤深度病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长
12、繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术二、雷达仪器介绍二、雷达仪器介绍国外国外美国美国GSSI公司的公司的SIR系列雷达（系列雷达（美国劳雷公司代理销售）美国劳雷公司代理销售）瑞典瑞典MALA公司的公司的RAMAC/GPR雷达系列雷达系列加拿大加拿大Sensrs&Software公司公司pulseEKKO型探地雷达型探地雷达国内国内发展状况是：首先通过引进国外的雷达仪器，进行研究和应发展状况是：首先通过引进国外的雷达仪器，进行研究和应用，然后开发拥有自主知识产权的自己的雷达产品。目前，国用，然后开发拥有自主知识产权的自己的
13、雷达产品。目前，国内使用最多的雷达大多是美国内使用最多的雷达大多是美国GSSI公司生产的。国内有电子部公司生产的。国内有电子部22所，航天部爱迪尔公司、骄鹏公司和中国矿大（北京）四家所，航天部爱迪尔公司、骄鹏公司和中国矿大（北京）四家单位相继推出了自己的雷达产品。单位相继推出了自己的雷达产品。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术2.1 SIR2.1 SIR雷达介绍雷达介绍n该型号探地雷达仪器的特点是：系统高度集成化、数字化，操作简单化，天线屏蔽
14、干扰小，探测范围广，分辨率高，具有实时数据处理和信号增强，现场实时显示二维彩色图像。其配置的探测天线系列化，可应用与各类地下目的体及目的层的检测与探测。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术2.1 SIR2.1 SIR雷达介绍雷达介绍SIR-20高速高精度多通道透视雷达高速高精度多通道透视雷达 SIR-3000便携式透地雷达便携式透地雷达 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过
15、程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术100MHz400MHz2.1 SIR2.1 SIR雷达介绍雷达介绍200MHz病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术900MHz1200MHz2.1 SIR2.1 SIR雷达介绍雷达介绍病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信
16、息技术2.1 SIR2.1 SIR雷达介绍雷达介绍病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术2.1 SIR2.1 SIR雷达介绍雷达介绍病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2009.10中国矿业大学。地球探测与信息技术中国矿业大学。地球探测与信息技术2.2 2.2 瑞典探地雷达（瑞典探地雷达（RAMAC/GPRRAMAC/GPR）n主要特点主要特点n1.高集成化、真数字式、高速高集成化、真数字式、高速、轻便。、轻便。n2.系统集成化程度高，体积小、重量轻（主机重量仅为系统集成化程度高，体积小、重量轻（主机重量仅为2.4公斤）。公斤）。3.功耗低，主机功耗仅为功耗低，主机功耗仅为25W；系统耗电量低，不需电瓶供电，；系统耗电量低，不需电瓶供电，n为野外工作提供方便。为野外工作提供方便。4.天线与主机之间采用光纤连接，频带宽、速度快、数据质量好、天线与主机之间采用光纤连接，
