路用探地雷达在公路病害探测中的应用
路用探地雷达在公路病害探测中的应用路用探地雷达在公路病害探测中的应用
黄成1，王正2，俞先江2
（1.中国铁建港航局集团有限公司，广东珠海519020；2.中设设计集团股份有限公司，江苏南京210005）
摘要：在公路改扩建或常规性养护定期检测中，采取常规的手段比较难以发现路面
结构内部病害。文章结合数值模拟和理论分析，研究探地雷达在公路路面病害探测中的应用，分析了路面内部结构不同病害的典型频谱图和波形特征，并将研究成果应用于工程实
践中，取得了良好的效果。文章研究成果有助于更方便的应用探地雷达对路面病害进行探测，从而为公路的改扩建和常规养护提供参考和建议，同时对探地雷达在公路路面的广泛
应用也有一定的促进作用。
关键词：探地雷达；路面；病害；探测
探地雷达的发展伴随着高速公路的建设应运而生，探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR，又称地质雷达），是应用地球物理学的一个新的分支，从20世纪80年代后期开始应用于公路检测。探地雷达检测技术具有快速高效、无损、高精度、操作方便、检测内容丰富等优点，逐渐受到公路部门的重视，并在公路质量检测中得到越来越广泛的
应用。探地雷达除了常规的应用于路面结构层厚度检测外，还能够对路面内部结构的脱空、空洞、裂隙、沉陷和严重疏松等病害隐患进行探测，能够较全面的反映出路面内部结构技
术状况，具有实时连续、高精度、快速和无损等特点。
1 探地雷达检测原理
探地雷达是通过向地下发送一种高频宽带电磁波。电磁波在地下介质传播过程中，当
地下目标体的介质存在差异时，如脱空、空洞、富水、分界面，电磁波就会发生反射。在
对反射雷达波进行处理和解译的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、介电常数、双程
走时等参数进而推断地下目标体的空间位置、结构及几何形态，进而对地下隐蔽目标物的
探测。
探地雷达由主机、天线、电缆以及打标器等组成，针对路面结构病害检测时，一般选
取400MHz、900MHz的天线，探测深度在1.5m以内，能够满足检测要求。
探地雷达探测示意图如图1所示。探地雷达进行地下目标体检测时，理论基础为反射
系数R，它依赖于介质波阻抗之间的差异性。
图1 探地雷达探测示意图
由式（1）可知，在一定深度范围内反射系数的大小与相邻两介质的相对介电常数ε密切相关，其差异越大，反射系数
越大，反
射波越强，反射界面则越容易识别。电磁波从进入的介质时，即从高速介质进入低速介质时，反
射系数为
负，即反射波振幅与入射直达波反向。反之，从进入的介质时，反射波振幅与入射直达波同向。根据发射波特征进而判断路面内部结构病害。
2 道路病害雷达波形特征分析
2.1 疏松病害特征
疏松是指在道路下方，有一片区域由于各种原因出现松散现象，如若是渗入了水则会形成层内富水区。疏松区域无论富水或不富水，与周围介质都会存在介电常数、电导率等电磁性质的差异，这样就为探地雷达的探测提供了物性基础。
如图2所示，疏松区病害在雷达剖面和波形图中均有明显反射异常，剖面图中反射曲线的峰尖更窄，其边界存在电磁波绕射现象，疏松区域底部反射信号与边界绕射叠加，使得在剖面上产生了拐点，可利用拐点的位置达到识别底部反射信号的目的。疏松带顶、底反射信号在剖面上不对称，这是由于疏松带与周围介电参数的差异造成的，因而，可以从顶、底反射信号的分布特征来识别疏松区域节点参数的目的。
图2 疏松病害雷达探测剖面与波形图
2.2 脱空病害特征
脱空病害是公路病害的主要类型之一，由于路面各结构层采用的修筑材料不同，当施工过程中两个层面之间粘合不好或是透水性设计不当时，造成层间积水或充空气，结构层之间很容易发生脱离，形成脱空或者层间结合不密实等。充气脱空病害区域顶部反射与激发电磁波的相位相同，而含水脱空病害区域顶部反射与激发电磁波的相位相反；并且含水脱空剖面图中具有较强的多次波存在，对脱空区域下面信号存在较强的干扰。
2.3 层间粘结不密实病害特征
层间粘结不密实主要指沥青砼面层离析或粘结不密实，面层与基层、基层与底基层间的粘结不密实或脱空。从雷达图像分析而言，主要表现为沿水平方向的横向变化。如果层间粘结不密实，则实际上在层间形成了一个孔隙率较高的过度带或薄夹层。从而引起明显的强反射。
3 工程实例
结合前文的研究，根据对路面结构各种病害雷达波形特征的分析，应用探地雷达对江
苏某高速公路进行探测，并进行开挖验证，结果显示探地雷达能够探测路面内部结构病害，为该高速公路的改扩建提供了科学合理的设计依据和参考。以下为探地雷达检测结果，如
图3～图6所示。
图3 路面空气脱空
图4 路面富水脱空
4 结论与展望
（1）通过对道路路面内部结构常见病害的成因进行分析，结合理论分析和数值模拟
试验，分析了不同病害的雷达波形特征，为应用探地雷达对路面内部结构病害探测提供了
分析思路和依据。
（2）将提出的路面内部结构病害特征应用于具体实际工程，取得了一定的成果，检
测成果为该路的改扩建设计提供合理科学的设计依据，从而有针对性的对道路进行改扩建
设计。
（3）探地雷达应用于公路路面病害检测，不仅能为公路改扩建提供参考，同时对道
路的日常养护及早发现路面内部病害也具有较好的检测效果，能为养护单位节约投资。
（4）文章提出的路面内部结构病害雷达波形特征，对探地雷达在路面病害检测的应
用有一定的促进作用，能作为同行业检测人员对路面结构病害的判别起到参考作用。
图5 路面结构基层疏松
图6 路面层间粘结不密实
参考文献：
[1]李大心.公路工程质量的探地雷达检测技术[J].地球科学-中国地质大学学
报,1996,21(6):661-663.
[2]薛建,田钢,谭笑平,等.地质雷达在高速公路质量检测中的应用[J].世界地
质,1997,16(2):100-104.
[3]周立功，张维平，杨峰.探地雷达新技术在公路隧道病害检测中应用[J].施工技
术,1998,27(3):34-36.
[4]曾昭发,刘四新,王者江,等.探地雷达方法原理及应用[M].北京:科学出版社,2019.
[5]赵建三,郭云开,唐平英,等.公路路基工程质量无损检测综合技术试验研究[J].长
沙铁道学院学报,2019,21(3):34-38.
合成孔径雷达概述 1合成孔径雷达简介 (2) 1.1 合成孔径雷达的概念 (2) 1.2 合成孔径雷达的分类 (3) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4) 2合成孔径雷达的发展历史 (5) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (9) 2.2 我国的发展概况 (11) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (11) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (12) 2.2.2.1 电子科技大学 (12) 2.2.2.2 中科院电子所 (12) 2.2.2.3 国防科技大学 (13) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (13) 3 合成孔径雷达的应用 (13) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (14) 4.1 多参数SAR系统 (15) 4.2 聚束SAR (15) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (16) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (16) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17) 4.6 性能技术指标不断提高 (17) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19) 5 与SAR相关技术的研究动态 (20) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (22) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25) 5.5 SAR图像变化检测方法 (27) 5.6 干涉合成孔径雷达 (31) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)
探地雷达在公路检测中的应用 发表时间：2018-09-17T15:24:06.533Z 来源：《基层建设》2018年第25期作者：朱学荣 [导读] 摘要：探地雷达是探测地下目标的无损探测技术，具有探测速度快、分辨率高、可连续探测、操作方面灵活、费用低等特点，在我国工程勘察中应用愈发广泛。 身份证号：62012119660228XXXX 摘要：探地雷达是探测地下目标的无损探测技术，具有探测速度快、分辨率高、可连续探测、操作方面灵活、费用低等特点，在我国工程勘察中应用愈发广泛。现就探地雷达勘探技术工作原理、测量参数以及探地雷达在公路检测中的应用展开总结性分析，以提升业内同行对探地雷达的应用认知。 关键词：探地雷达；公路检测；工作原理；测量参数；应用 交通是国民经济发展中的基础产业，所谓“交通带来经济”，不仅提升了国民生活水平，同时也加速了整个社会经济的发展。加强公路工程质量、运行状态的检测，是维持我国公路建设发展的重要内容，同时也是确保交通安全的重要途径[1]。探地雷达技术的研发在公路检测工作中起到了重要作用，保障了公路工程质量与公路工程的实时维修，减少了因质量引起的重大事故，现就探地雷达在公路检测中的应用展开分析，提出几点对该技术的认识，为业内同行提供参考。 一、探地雷达勘探技术的应用原理 探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）又被称为探测雷达、地下雷达、地质雷达、脉冲雷达等，指的是面向地质勘探目标，借用高频脉冲电磁对地质目标内部结构的探测方法，具有高精度、高效率、无损等特点。探测中通常具备发射部分与接收部分，前者主要用于高频脉冲的产生与发射，而接收部分则由接收机、信号方法器、接收天线、信号处理等设备组成，主要借用电磁波对不同介质的折射、绕射、反射、散射、吸收等物理现象完成检测，其应用机理主要为：借助不同频率电磁波可随着不同介质传播速度差异性等特点，探地雷达通过向地下发射高频电磁波，以获得低些不同介质的反射波，并完成信息的分析，最终绘制出该区域雷达图形，以便于工程施工期间对地下介质实际情况的了解。 在公路工程检测期间，公路基层、面层、路基等材料介电常数均不同，这为探地雷达的实际应用创造了先决条件。电磁波在传播期间，在遇到差异性介电常数时可出现反射情况，介质的不同介电常数也不一致，如空气介电常数多为1，公路面层沥青、混凝土则分别在4~7左右，公路路基、基层则多数超过8[2]。此类明显的介电常数划分为探地雷达监测提供了重要技术支持。通过获悉电磁波反射时间、脉冲波形。、速度等测量，可准确获得公路各项基线参数，以此判定异常物位置，路基密实程度、路面材料厚度等。 二、探地雷达测量参数影响 1、地界面的回波 探地雷达检测中，界面回波信号是反应道路介质的主要参数，但由于公路原始波形相对复杂，如何区分路面与路基反射回波，是探地雷达技术的主要探究内容。事实上，目前绝大多数干扰波表现稳定，在实际勘探期间均有对应的措施进行干预，减少对反射波的影响。在探地雷达的使用中可对含界面反射波、非含界面反射波予以不同回波信号分析，以便确定底界面回波信号，获悉底界面回波时间，值得注意的是，操作中需充分应用已获得探测点进行探测参考，并比对探测图像中多个探测点，或利用已获得的反射波形展开区分、确定。 2、确定地面零点 如何确定地面零点是公路工程测量中重要内容，可对道路地面厚度检测结果造成直接影响。实际工作期间，主要借助金属板进行地面零点的确定，即：于天线下方置放金属板，以此在显示屏中获得全反射波形，通过比对雷达波与路面发射波，以确定地面零点情况。 3、标定介电常数值 路面介电常数值在很大程度上直接决定了路面厚度值的准确性，在探地雷达勘探中意义重大。但因路面材料结构、密实程度、潮湿度等因素差异，均会对路面介电常数值造成影响，以至于引起整个探地雷达勘探作业的正常开展。因此，在钻孔取样中应选在探测图像均匀的地方标定介电常数值，以确保检测结果的可靠。其次，特殊地段，如面层较厚与较薄的介电常数值同样存在差异性，因此在取样标定期间，需选择对应的介电常数值，以确保探测精度，不仅如此，在整个施工前，应综合考虑整体路面的结构变化与材料更换情况，以保证介电常数准确性。 4、正确选择天线频率 探地雷达在勘探期间，路面厚度的不同可对其天线频率造成影响，如高速路段的建设，其路面硬度要求为25.0cm，而普通路面厚度则仅需15.0cm即可，因此施工期间其具体数值应选择适宜的天线中心频率，以满足施工期间对接受天线的要求，保证反射波清晰与最佳探测效果。另外酌情考虑天线宽度与路面最小尺寸对天线频率造成的影响。 三、探地雷达勘探技术的应用 1、检测路面层厚 在整个公路工程质量的评估中，公路路面厚度是主要评价内容，采用探地雷达技术检测公路路面厚度具有必要性，是确保公路面层厚度符合工程设计的关键，同时利于公路后续的使用、维护、修复等工作的开展。在检测路面厚度中，探地雷达主要利用电磁波在曾界面反射时间、传播速度等因素综合考量，并随着探地雷达设备、仪器、技术等进步，为整个检测工作精确性提供了助力。探地雷达在使用中其无损性优势，在很大程度上避免了传统钻孔取芯的局限性，如减少对路面的损害、增加了施工工作量、降低了工作效率等。在有关数据调查中显示，我国探地雷达检测路面厚度误差率仅在3.0%左右，在保留检测客观性、准确性的基础上，减少了人力与经济的不必要浪费[3]。 2、总结路基病害 路基病害是造成整个公路质量的基础因素，广泛存在于现实工程中，不仅可导致面层；裂隙、层面脱空等路面变化，甚至引起面层二灰结石层、路床及其床下软弱，对整个公路造成更大危害性。探地雷达勘探利用电磁波探测，可发现路基沉降等引起的空洞、暗穴、坍塌等现象，并确定地基软弱层位置，了解其软弱层影像因素，制定有效的解决方案[4]。 3、检测维修质量 公路建设完成后，加强对公路质量的维修、维护是确保工程使用安全的保障，探地雷达勘探技术可实现地质的快速探测，了解公路病害有无针对性解决，加上探地雷达实时成像技术，在公路维修质量方面具有重要意义。
探地雷达操作规程 （文件编号：****-010） 共1页第1页版本/版次：D/ 0 生效日期：2016-01-01 1. 目的 为了使检测员更好地熟悉和掌握检测仪器的操作方法，保证检测数据的科学、公正和准确性，特制定本规程。 2. 适用范围 适用于探地雷达仪器 3 操作步骤 3.1测试前的安装准备 检查所有部件是否带齐，包括：电池、雷达主机、数据线、处理器电源线、信号线、工具箱、备件、固定用绑扎带、记录本； 3.2试验/检测的工作程序 （1）测试连接。将地质雷达天线通过支架安装。 （2）在扫描前调试主机并对主机进行参数设置。 （3）打开电源，控制天线移动的人员根据操作主机的人员口令，将天线紧贴待测界面上匀速移动。 （4）测试结束。按下stop结束测试点，保存文件并退出； （5）拆除信号线，拆除天线，支架。 3.3扫描之前的仪器调试和参数设置 （1）菜单系统—>设置—>调用，选择所用的天线。 （2）系统—>单位垂直刻度设为时间，单位为ns （3）测程：900M天线探测混凝土的量程约为15纳秒，为使所有有效信号完全显示，一般设置为20ns （4）采样点数：一般设为512或1024 采样点数越多，扫描曲线越光滑，垂直分辨率越好。但是采样点数增大，使得扫 描速率下降 （5）每秒扫描数：64 （6）增益点数：2 （7）垂向高通滤波器：225MHz
（8）垂向低通滤波器：2500MHz （9）数据位：16位 （10）发射率：100 KHz，发射功率越高，采集速度越快，但若采集过高，易损坏雷达系统 （11）信号位置设为手动 （12）表面设为0 （13）调出完整的直达波（首波），调整延时参数 若检测结构与上次相同，可不再次设置以上参数，系统默认上次检测参数。 （14）增益设置为自动，增益函数手动设置，可以改变增益点数多少、并且可以调整各增益点的函数大小，进而调整信号强度。增益函数调整过大，在探测资料中可能 人为造成假象。设置方法为先设为手动，再设为自动。 编制/日期：批准/日期：
国内探地雷达与国外的差别 随着世界经济建设和材料科学的发展，对地下非金属类目标探测技术的需求变得愈来愈迫切，六十年代末期得到发展的时域电磁场理论和相关的电子技术，进一步推动了毫微秒脉冲地下目标探测设备—探地雷达（GPR）的研制和应用。现在，国内外兴起了利用探地雷达进行地下目标无损探测的研究和应用热潮，探地雷达在城建、交通、地质、考古、国防等部门中扮演着越来越重要的角色。 在军方及地质与勘探部门的持续支持下，中国电波传播研究所在地下目标高分辨率探测领域，已开展十余年的研究工作,目前已经研制成功LTD系列多种型号的探地雷达产品,其中全数字化LTD-10一体化探地雷达具备携带方便、功能强、性能稳定等特点，既可以用于公路、隧道面层厚度检测，又可以用于地下较深层目标的探测，已广泛应用于军事和民用各领域。 但随着应用范围的不断拓宽，现场对尚处于成长期的探地雷达提出越来越高的技术要求，其中探测深度和分辨率的矛盾显得越来越明显，作者在此抛砖引玉，希望更多的科研院所、学校和现场应用部门加入到无损探测技术研究中来，通力合作，尽快使电磁波传播理论和探地雷达应用技术有大的突破。 工作原理 LTD探地雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天线，经由发射天线耦合到地下的信号在传播路径上遇到非均匀体时，产生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到地下回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后传输到微机。在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数。 系统组成 探地雷达系统主要由LTD-10一体化雷达主机、天线、综合控制电缆、测距轮及其它相关配件和随机附送软件组成。 与国外部分品牌主机设计不同，探地雷达采用工控机和雷达主机一体化设计，与随机附送软件（包括实时采集软件和事后处理软件，两者都是全中文界面）配合，利用键盘或鼠标就可完成数据采集和后处理工作。其中，实时采集软件为用户提供分别在DOS和Windows2000
解读我国探地雷达的应用现状及展望 发表时间：2019-04-26T16:27:00.530Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：李柯辉[导读] 摘要：本文从建筑工程质量检测、岩土工程勘察及地质勘探、城市基础设施探测、公路、铁路质量检测、水利工程探测、考古探测、军事及安全领域等方面，对我国探地雷达的应用现状进行了说明，并阐述了我国探地雷达的应用展望，以期为促进我国对探地雷达技术的更好应用，推动我国更多领域的发展提供参考。 广东省公路工程质量监测中心广东广州 510500摘要：本文从建筑工程质量检测、岩土工程勘察及地质勘探、城市基础设施探测、公路、铁路质量检测、水利工程探测、考古探测、军事及安全领域等方面，对我国探地雷达的应用现状进行了说明，并阐述了我国探地雷达的应用展望，以期为促进我国对探地雷达技术的更好应用，推动我国更多领域的发展提供参考。 关键词：探地雷达；应用现状；展望引言 就探地雷达而言，其在我国之中也被称为地质雷达，于应用方面主要是通过对频率在106到109Hz的超高频脉冲电磁波的利用，来实现对地下介质所具有的分布特征方面的有效探测的一种地球物理方法，且在近年来的不断发展之中，其在应用范围方面也愈加广阔，呈现出一片大好的应用前景。 一、我国探地雷达的应用现状 （一）在建筑工程质量检测之中的应用对于建筑工程领域而言，其一系列工作的开展，都需要相应的数据作为支撑，也就是说其对于数据本身的可靠性方面的要求较高，但就实际情况而言，其中包含了很多具有较高隐蔽性的工程，若仅仅通过常规手段展开数据的获取，则存在较大的困难。但就我国当前阶段的探测雷达技术应用而言，其在建筑工程质量检测领域之中的应用具有较为良好的成效，能够对以上的问题良好的解决，其能够针对建筑工程建设施工之中，缺陷部位与完好部位介质之间的介电常数差异性的对比，来对其中存在的较为隐蔽的质量缺陷良好的探测出来，以便于对缺陷部位问题进行及时的了解及补救。在探地雷达技术实际应用于建筑工程质量检测之中时，其往往是在建筑物的结构及探伤、混凝土浇筑的质量、保护层厚度及其中钢筋的分布情况等方面发挥相应的探测作用。 （二）在岩土工程勘察及地质勘探之中的应用在岩土工程勘察及地质勘探工作的开展之中，常规的地质勘查方法都是以钻孔勘查为主，其虽然发挥了一定的作用，但因勘查的过程之中其钻孔的数量毕竟有限，使之难以对工程建设开展区域地下地层的分布情况及相应的特征全面的掌握，这便会对工程实际的建设开展带来一定的质量及安全方面的隐患。此时，在建设所在区域地质勘查工作之中对探地雷达加以应用，能够对其快速且大面积普查的优势加以发挥，进而能够对传统钻孔勘查的缺陷加以弥补，实现对地下之中的障碍物分布情况、回填土所具有的厚度、地下断裂发育以及地层分层特征等方面的情况及内容拥有较为全面的了解，进而能够为岩土工程整体设计施工的开展提供有利依据。此外，在实际开展岩土工程勘察及地质勘探时，将探地雷达技术与其他技术相结合，能够实现对地基及矿产资源调查、地层划分、断层及断裂查找、水文地质勘察等方面情况的良好勘察，以便于拥有更高依据的开展施工操作。 （三）在城市基础设施探测之中的应用在城市整体的运行过程之中，其基础设施探测工作的开展必不可少，且所包含的内容较多，有地下空洞、金属及非金属管线探索、突发工程事故抢险、城市路面坍塌等等，但又因为城市之中本身的环境条件较为复杂，存在电磁干扰、机械振动等多方面的干扰源，致使大多数探测方法的开展都难以达到相应的探测效果。此时，应用探地雷达技术其本身的天线具有一定的屏蔽功能，使之能够无惧干扰正常开展探测工作，尤其是在桩基及复合地基等基础工程之中，能够实现对地基加固效果方面的准确检测。 （四）在公路、铁路质量检测之中的应用随着近年来我国公路及铁路领域的飞速发展，因探地雷达技术本身所具有的优势，使之在以上领域之中获得了较为广泛的应用，对其分别进行说明，则可分为以下几点。第一点，在公路建设方面，充分发挥了探地雷达的探测精度及速度方面的优势，使之能够在公路路基、路基病害检测、桥梁结构及沥青厚度的检测方面良好的发挥作用，经由相应的雷达图像，能够实现对缺陷部位的清晰观看。第二点，在铁路建设方面，探地雷达技术已经在包括翻浆、裂缝、孔洞等在内的路基病害检测、路基岩溶、采空区等方面的探测工作之中发挥了作用，并达到了较为良好的应用效果。就近年来的发展情况来看，探地雷达于铁路路基领域之中的应用，已经由原本的未经运营状态之下得到铁路线路探测，逐渐向处于通车运行状态之下的铁路线路方向发展，且正在着力开展轨道车载式铁路路基质量检测系统的大力研发工作[1]。 （五）在水利工程探测之中的应用就探地雷达技术而言，其在我国水利工程领域之中的应用，主要是在工程开展前期的滑坡体与基岩埋深方面的勘察工作，中期的水利工程施工质量、堤坝隐患探测等方面的应用，不仅仅能够对整体的施工开展及施工质量提供保障，还能够对施工整体的进度及质量控制工作的开展达到一定的促进作用。其中，探地雷达应用效果最佳的便是在水利工程的质量检测及地把隐患问题的探测方面，仅仅在这两个方面的应用，便已经帮助水利工程建设解决了诸多的施工问题[2]。 （六）在考古探测之中的应用在考古这一领域之中，探地雷达技术的应用本身便拥有较高的优势，其能够通过其优越的低下探测能力，实现对低些埋藏物、地下墓穴、古遗址及古文化层埋深等方面的良好探测及调查，进而能够提升考古的整体水平，但就当前阶段的发展而言，虽然我国于此方面的起步较晚，但到目前为止已经取得了一定的成就，如我国的中国地质大学便利用这一技术，开展了针对位于甘肃省的敦煌莫高窟这一古遗迹的探索及研究工作。 （七）在军事及安全领域之中的应用就我国而言，与国外的许多国家相比，将探地雷达技术应用于军事及安全领域的开展年限较短，于我国而言仍旧属于拓展及探索领域，到目前为止其主要是在建筑物内的隐蔽物、地下隐蔽物及战争遗留未爆炸物等方面的探测之中加以应用，可以达到较好的开展效果，具有较好的应用前景。
合成孔径声纳 合成孔径声纳的研究起源于五十年代末期，但直到八十年代以后，合成孔径声纳的研究才逐步全面展开。目前国际上只有少数国家和地区研制出了合成孔径声纳原型机并进行了海上试验。 合成孔径声纳是一种新型高分辨水下成像声纳，合成孔径雷达原理推广到水声领域，就出现了合成孔径声纳。其基本原理是利用小孔径基阵的移动，通过对不同位置接收信号的相关处理，来获得移动方向（方位方向）上大的合成孔径，从而得到方位方向的高分辨力。从理论上讲，这种分辨力和探测距离无关。直观地说，距离越大，合成孔径长度就越长，合成阵的角分辨率就越高，从而抵消了距离增大的影响，保持了分辨力不变。 但合成孔径声纳作为一种水下成像设备，受水下复杂条件的影响，有不同于合成孔径雷达的特点。首先是声传播信道的非理想性比合成孔径雷达中电磁波传播的严重；其次是声纳拖体的运动稳定性比合成孔径雷达要差得多；再者因为声速大大低于电磁波在空间的传播速度，从而大大限制了拖体运动的速度；最后由于声纳中常采用宽带信号而使雷达中的一些窄带信号处理方法在合成孔径声纳中不再适用，需对已有的算法进行改进或研究新的算法。这正是合成孔径声纳研究极富挑战性之所在。 合成孔径声纳系统一般由三个分系统组成：1)声纳分系统，由合成孔径声纳基阵、发射机、接收机、数据采集、传输和存储子系统、声纳信号处理机和显控台等组成；2)姿态与位移测量分系统，由姿态、位移测量系统和GPS等组成；3)拖曳分系统，由绞车、拖缆和拖体等组成。 合成孔径声纳可以用于水下军事目标的探测和识别，最直接的应用就是进行沉底水雷和掩埋水雷的高分辨探测和识别。在国民经济方面，可以用于海底测量、水下考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有重要意义。 综合声纳技术研究室"九五"期间在国家863项目支持下，研制出国内第一套合成孔径声纳湖试样机。 合成孔径声纳成像算法 合成孔径声纳成像算法分为聚焦处理和非聚焦处理算法。这里只要介绍聚焦算法。聚焦处理成像算法较多，主要包括数字波束形成算法、距离-多普勒（R-D）算法、波数域（w-k）算法和调频变换（Chirp-Scaling）算法等。 波束形成算法 这种方法是一种逐点计算像素值的方法。根据声纳拖体运动过程中发射信号和接收信号传播路径的几何关系，计算出运动轨迹上各个接收位置的时间延迟或相位差，通过延时补偿后迭加的方法得出各像素点的值，从而得到合成孔径声纳的图像。这是一种逐点算法，计算量很大，适用于宽带信号的情况。 距离-多普勒（R-D）算法 这种算法首先对时域匹配滤波后得到的原始数据进行空间波数域变换，得到距离-多普勒域的结果，然后在距离-多普勒域通过数据的重排补偿时延的变化，最后实施横向空间压缩，从而获得最终的合成孔径的图像。这是一种逐线处理算法。 波数域（w-k）算法 这种算法把脉冲压缩后原始数据的图像经过二维付氏变换得到频率-波数域的图像，对这个图像进行适当处理后，在进行一种称作Stolt映射的变换，就得到了直角坐标的纯波数域的像，最后再经过二维逆付氏变换，就得到了最终合成孔径的图像。这是一种数据成块处理的算法，因而效率很高，适用于宽带信号的情况。
路用探地雷达在公路病害探测中的应用 路用探地雷达在公路病害探测中的应用路用探地雷达在公路病害探测中的应用 黄成1，王正2，俞先江2 （1.中国铁建港航局集团有限公司，广东珠海519020；2.中设设计集团股份有限公司，江苏南京210005） 摘要：在公路改扩建或常规性养护定期检测中，采取常规的手段比较难以发现路面 结构内部病害。文章结合数值模拟和理论分析，研究探地雷达在公路路面病害探测中的应用，分析了路面内部结构不同病害的典型频谱图和波形特征，并将研究成果应用于工程实 践中，取得了良好的效果。文章研究成果有助于更方便的应用探地雷达对路面病害进行探测，从而为公路的改扩建和常规养护提供参考和建议，同时对探地雷达在公路路面的广泛 应用也有一定的促进作用。 关键词：探地雷达；路面；病害；探测 探地雷达的发展伴随着高速公路的建设应运而生，探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR，又称地质雷达），是应用地球物理学的一个新的分支，从20世纪80年代后期开始应用于公路检测。探地雷达检测技术具有快速高效、无损、高精度、操作方便、检测内容丰富等优点，逐渐受到公路部门的重视，并在公路质量检测中得到越来越广泛的 应用。探地雷达除了常规的应用于路面结构层厚度检测外，还能够对路面内部结构的脱空、空洞、裂隙、沉陷和严重疏松等病害隐患进行探测，能够较全面的反映出路面内部结构技 术状况，具有实时连续、高精度、快速和无损等特点。 1 探地雷达检测原理 探地雷达是通过向地下发送一种高频宽带电磁波。电磁波在地下介质传播过程中，当 地下目标体的介质存在差异时，如脱空、空洞、富水、分界面，电磁波就会发生反射。在 对反射雷达波进行处理和解译的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、介电常数、双程 走时等参数进而推断地下目标体的空间位置、结构及几何形态，进而对地下隐蔽目标物的 探测。 探地雷达由主机、天线、电缆以及打标器等组成，针对路面结构病害检测时，一般选 取400MHz、900MHz的天线，探测深度在1.5m以内，能够满足检测要求。 探地雷达探测示意图如图1所示。探地雷达进行地下目标体检测时，理论基础为反射 系数R，它依赖于介质波阻抗之间的差异性。 图1 探地雷达探测示意图
雷达技术综述 Overview of Radar Technology 摘要： 雷达被广泛用于军事预警、导弹制导、民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。本文首先概述了雷达发展历程并总结了雷达技术发展的成因，然后对雷达的基本工作原理和基本雷达方程作了简要的介绍。最后介绍了几种实际雷达并指出了雷达的未来发展方向。 关键词： 雷达技术；工作原理；雷达应用；发展趋势 Abstract: Radar is widely used in many fields of military early warning, missile guidance, aviation control, topographic surveying, meteorology, navigation and so on.This paper outlines the development process of radar and summarizes the causes of the development of radar technology,then briefly introduces the basic principle of radar and basic radar equation.Finally, introduces several kinds of practical radar and points out the future development direction of radar. Key words: radar technology; working principles; radar applications; trend in development 引言 雷达是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达最先是作为一种军事装备服务于人类，主要用来实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器。随着雷达技术的不断改进，如今雷达被广泛用于民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。随着高科技的不断发展，雷达技术将在21世纪得到更广泛的应用。 1 雷达的发展历程 雷达诞生于20世纪30年代，从美、欧等发达国家的雷达装备技术发展来看，雷达的发展历程大致经历了4个阶段：第1个阶段是从20世纪30年代到50年代，为实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器(高炮、高射机枪、探照灯等)，西方大量研制部署米波段雷达和以磁控管为发射机的微波雷达。当时雷达探测目标的种类简单，主要是飞机，此外还有少量的飞艇和气球，雷达的典型技术特征是电子管、非相参，这种雷达被称为第1代。 第2个阶段是从20世纪50年代到80年代，防空作战对雷达提出了由粗略
雷达技术的发展历程及其在现代战争下的发展趋势研究 摘要：文章简要介绍了雷达系统和技术的发展历程，分析了雷达系统与技术发展的特点，提出了现代战争下雷达技术发展展望。 关键词：雷达技术相控阵合成孔径发展历程发展趋势 引言 自从雷达诞生至今，在70 多年的发展历程中，随着科技的不断发展、需求的不断变化，出现了多种体制的新功能雷达，雷达的技术性能、体积和重量、可靠性、维修性、抗恶劣环境的生存能力等也发生了天翻地覆的变化。特别是其在现代战争中的广泛应用，使得对雷达技术的研究具有了重要的意义。 一、雷达系统与技术的发展历程 1．20 世纪30 年代及以前 19 世纪后期，物理学家麦克斯韦、法拉第和安培等人，预言并用数学公式描述了移动电流产生的电磁波的存在情况。1935 年英国和美国科学家第一次研制出能够探测空中飞机的实用米波雷达，至此宣告了雷达的诞生。1936 年美国海军研究实验室研制了T / R （收发）开关，可使雷达系统的接收和发射分系统共用一副天线，大大简化了雷达系统结构。1939 年英国科学家发明了大功率磁控管，克服了甚高频雷达波束和频带窄的缺点，使实用雷达步入了微波频段。 2．20 世纪40 年代 20 世纪40 年代美国辐射研究室把微波新技术应用于军用机载、陆基和舰载雷达取得成功，其代表产品是SCR -270 机载雷达、SCR -584 炮瞄雷达和AN / APQ-机载轰炸瞄准相控阵雷达。20 世纪40 年代主要的雷达技术有动目标显示技术、中继技术以及单脉冲跟踪技术理论的提出。动目标显示技术应用于各型对空警戒雷达，后来应用于着陆引导、岸防等型雷达，其优势是能有效抑制地海杂波，抑制大山、建筑物、风雨雪等静止和慢动目标的干扰能将机载情报传送到地面观测站，能有效加强地空之间的信息联系。 3.20 世纪50 年代 20 世纪50 年代是雷达理论发展的鼎盛时期，雷达设计从基于工程经验阶段，进人了以理论为基础，结合实践经验的高级阶段。50 年代产生的主要理论有匹配滤波器概念、统计检测理论、模糊图理论和动目标显示理论等。各种新技术的应用，出现了诸如脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达等新休制雷达。 4.20世纪60年代 20 世纪60 年代雷达系统发展的主要标志是数字处理技术革命和相控阵雷达的应运而生。为了探测洲际弹道导弹，为防空系统提供预测情报，产生了相控阵雷达体制。新一代雷达发展方向是全固态电扫相控阵多功能雷达。雷达信号和数据处理的数字化革命、半导体元件、大规模和超大规模集成电路的应用，使雷达技术的发展日臻完善并达到比较高的水平。
考古作业过程及探地雷达的应用需求 我公司专业从事文物考古勘探工作，最终目的，在于确定文物局指定的考古勘探现场地下，是否存有文物古迹，是否具有挖掘价值，提供可靠依据，目前主要采取洛阳铲进行考古勘探，我们打算下一步在使用洛阳铲的同时，采用雷达考古勘探技术，并希望贵公司设计制作雷达考古勘探技术的相关软件。使我们在使用该技术时，对于雷达探测的数据进行技术分析，达到考古价值的确认。 现将洛阳铲的工作原理和用法提供如下，以便贵方制作相应软件时参考。 洛阳铲由两个部分组成，Ｕ型的金属铲身和一个长柄。铲身一般５至２０厘米，长２０至４０厘米，铲柄的长度则根据使用者的需要而制造。据说制作洛阳铲有制坯、煅烧、热处理、成型、磨刃等２０多道工序，因为如果弧度不对，铲进土中无法带出土来。 其实洛阳铲并没有使用非常复杂的科技，利用Ｕ型管插入取物也并非新鲜的事情。南方米行查验米粮品质常用的工具就是一个Ｕ型或者圆形钢管，插入米袋之后可以带出米袋内的米粒，用以抽检米粮的品质。这无非是利用颗粒受压进入Ｕ型管之后相互挤压的张力，使之固定在管内无法移动。 好的洛阳铲要求刃口锋利硬度高，即便铲中石块等物体也不卷刃缺口。铲身要具有一定的韧性，这样才不容易折断。好的洛阳铲插入土内吃土锐利，拔出后褪土快捷。并且能够打穿并提取断砖厚瓦。过去要制作这样的
洛阳铲，都是靠纯手工制造。除了需要使用好的钢材锻造之外，对刃口部分还要特别进行热处理以增加硬度。 洛阳铲局部 对于盗墓贼而言，洛阳铲的主要作用是探孔定位，一个有经验的盗墓贼可以通过洛阳铲中带出的土壤分析出地下是否有墓穴。在一片区域中打上若干个孔，就能了解墓穴大概的位置和面积，从而知道墓穴里宝物的规模和价值。经验丰富的盗墓贼甚至凭洛阳铲碰撞地下发出的声音和手感，便可判断地下的情况，夯实的墙壁和中空的墓室、墓道的感觉是不一样的，探孔经验老到的盗墓贼就能够精确判断出墓穴的结构，并且确定到底从那个位置挖掘进入墓穴最快捷省事。 在盗墓时，贼会先观看地势，如果怀疑该地区有墓穴就会用洛阳铲探路，左右各挖一个孔下探，一般下探３－５米后如感觉坚硬就继续挖，若松软就说明不是墓穴，换个地方再挖。一般挖５米的探洞需要２０分钟左右。有经验的盗墓贼会避开墓道，而不断利用探洞寻找墓穴——因为墓道里边
合成孔径雷达（SAR） 合成孔径雷达产生的过程 为了形成一幅真实的图像增加两个关键参数：分辨率、识别能力。 合成孔径打开了无限分辨能力的道路 相干成像特性：以幅度和相位的形式收集信号的能力 相干成像的特性可以用来进行孔径合成 民用卫星接收系统SEASA T、SIR-A、SIR-B 美国军用卫星(LACROSSE) 欧洲民用卫星（ERS系列） 合成孔径雷达(SAR)是利用雷达与目标的相对运动将较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一个较大孔径的等效天线孔径的雷达。 特点：全天候、全天时、远距离、和高分辨率成像并且可以在不同频段不同极化下得到目标的高分辨率图像 SAR高分辨率成像的距离高分辨率和方位高分辨率 距离分辨率取决于信号带宽 方位高分辨率取决于载机与固定目标相对运动时产生的具有线性调频性质的多普勒信号带宽 相干斑噪声 机载合成孔径雷达是合成孔径雷达的一种 极化：当一个平面将空间划分为各向同性和半无限的两个均匀介质，我们就可以定义一个电磁波的入射平面，用波矢量K来表征：该平面包含矢量K以及划分这两种介质的平面法线垂直极化（V）：无线电波的振动方向是垂直方向与水平极化（H）：无线电波的振动方向是水平方向 TE波：电场E与入射面垂直
TH波：电场E属于入射平面 合成孔径雷达的应用 军事上、地质和矿物资源勘探、地形测绘和制图学、海洋应用、水资源、农业和林业 合成孔径雷达在军事领域的应用：战略应用、战术应用、特种应用。 SAR系统的几个发展趋势：多波段、多极化、多视角、多模式、多平台、高分辨率成像、实时成像。 SAR图像相干斑抑制的研究现状 分类：成像时进行多视处理、成像后进行滤波 多视处理就是对同一目标生成多幅独立的像，然后进行平均。 这是最早提出的相干斑噪声去除的方法，这种技术以牺牲空间分辨率为代价来获取对斑点的抑制 成像后的滤波技术成为SAR图像相干噪声抑制技术发展的主流 均值滤波、中值滤波、维纳滤波用来滤去相干斑噪声，这种滤波方法能够在一定程度上减小相干斑噪声的方差 合成孔径雷达理论概述 合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，高分辨率包含两个方面的含义：方位向的高分辨率和距离向高分辨率。它通过采用合成孔径原理提高雷达的方位分辨率，并依靠脉冲压缩技术提高距离分辨率 由于SAR雷达发射信号（距离向信号）和合成孔径信号（方位信号）均具有线性调频性质，SAR成像的实质就是通过匹配滤波器对距离向和方位向具有线性调频信号的信号进行二维脉冲压缩的过程，也就是依靠脉冲压缩技术提高距离分辨率，通过合成孔径原理提高雷达的方位分辨率的过程 SAR成像处理是先利用距离向匹配滤波器，进行距离脉压，实现距离向高分辨率后，再通过方位向德匹配滤波，最终得到原始目标的高分辨图像。
战场图像情报侦察处理技术及其发展 战场图像情报是通过战场侦察传感器平台所获得的侦察图像及其相关的情报产品，它包括白光、微光、激光、红外的图像，各种平台的电视侦察图像，各种机载平台的合成孔径雷达（SAR）和逆合成孔径雷达的雷达图像以及由地面人工侦察所获得的人工图像情报。 一、战场图像情报的特点和主要获取手段 1.特点 战场图像情报属战术型情报，与卫星遥感图像等战略型图像情报相比，具有以下显著特点： ①情报周期（包括情报任务下达、收集、处理、分析和分发的时间）短，时效性强，更能满足现代作战对情报的需要。 ②图像侦察具有持续侦察监视能力，可以完成全天时、全天候的图像实时侦察。 ③能获得多角度、全方位的情报，其中地面的人工图像情报是空中侦察和卫星侦察图像无法替代的。地面图像情报和航空图像情报有机结合，可使图像情报更丰富，精度更高。
④战场C-4ISR系统使战场图像的获取、传递、处理、分发以及应用形成一个统一的网络，使图像情报与其他非图像情报集成于一体，便于指挥决策机构掌握瞬息万变的战场局势。 2.主要获取手段 获取战场图像情报的主要手段有光学观测、照相、激光、红外、电视、合成孔径雷达等。这些手段根据载体的不同又分为便携式、车载式、机载式和舰载式等。 地面照相侦察可记录各种目标、工事设施、交通情况及绘制军事地图等，主要用于搜索地面、海上和低空目标。战场电视侦察是获取视频图像情报的重要手段，具有直观、清晰、快速、实时传输等特点，能通过图像一目了然地观察到前沿敌方阵地地形、布设、武器装备、兵力部署、调动等情况。夜视侦察装备，如主动式红外夜视仪、微光夜视仪、红外成像仪等用于夜间观察。用于战场侦察的合成孔径雷达主要是获取战场图像和地面活动目标信息，可在夜间和恶劣的气候条件下探测、搜索、跟踪敌方运动中的人员、车辆、舰船等，具有探测距离远、覆盖面积大、测量速度快、全天候、全天时工作的特点。 二、美军目前使用的几种典型战场图像侦察装备 在阿富汗战场，美军利用C-4ISR系统将侦察卫星、有人/无人侦察机、地面特种部队结合在一起进行联合作战，将多源情报（包括图像情报）综合分析处理，缩短了目标搜索和打击时间，制止了敌方利
合成孔径雷达干涉测量（InSAR）简述 摘要：本文主要介绍了合成孔径雷达干涉测量技术的发展简史、基本原理、及其3种基本模式，并且对其数据处理的基本步骤进行了概述。最后，还讲述合成孔径雷达干涉测量的主要应用，并对其未来发展进行了展望。 关键字：合成孔径雷达合成孔径雷达干涉测量微波遥感影像 1.发展简史 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种高分辨率的二维成像雷达。它作为一种全新的对地观测技术，近20年来获得了巨大的发展，现已逐渐成为一种不可缺少的遥感手段。与传统的可见光、红外遥感技术相比，SAR 具有许多优越性，它属于微波遥感的范畴，可以穿透云层和甚至在一定程度上穿透雨区，而且具有不依赖于太阳作为照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能力，这是其它任何遥感手段所不能比拟的；微波遥感还能在一定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的某些新信息。随着SAR 遥感技术的不断发展与完善，它已经被成功应用于地质、水文、海洋、测绘、环境监测、农业、林业、气象、军事等领域。 L. C. Graham 于1974 年最先提出了合成孔径雷达干涉测量（InSAR ）三维成像的概念，并用于金星测量和月球观察。后来Zebker、G. Fornaro及A. Pepe 等做出了进一步的研究,以解决InSAR 处理系统中有关基线估计、SAR 图像配准、相位解缠及DEM 生成等方面的问题。自1991 年7 月欧空局发射载有C 波段SAR 的卫星ERS- 1 以来，极大地促进了有关星载SAR 的InSAR 技术研究与应用。由于有了优质易得的InSAR 数据源，大批欧洲研究者加入到这个领域，亚洲（主要是日本）的一些研究者也开展了这方面的研究。日本于1992 年2 月发射了JERS- 1，加拿大于1995 年初发射了RADARSAT，特别是1995 年ERS- 2 发射后，ERS- 1 和ERS- 2 的串联运行极大地扩展了利用星载SAR 干涉的机会，为InSAR 技术的研究提供了数据保证。目前用于InSAR 技术研究的数据来源主要有:ERS- 1/2、SIR- C/X SAR、RADARSAT、JERS- 1、TOPSAR 和SEASAT 等。 1979年9月，我国自行研制的第一台合成孔径雷达原理样机在实验室完成，并在试飞中获得我国第一批SAR影像。1989年起国家科委设立了“合成孔径雷达遥感应用实验研究项目”，拉开了大规模雷达遥感研究的帷幕。目前国内外许多部门和科研机构正积极从事着InSAR 技术机理及其应用的研究，已经取得了许多成果，InSAR 技术的前景日益看好。 2.InSAR的基本原理 InSAR 技术是一门根据复雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的技术。其基本思想是：利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像，获取同一区域的复雷达图像对，由于两副天线与地面某一目标之间的距离
探地雷达测量土壤水方法及其尺度特征 摘要：土壤水的多尺度观测与模拟是当前国内外研究的热点问题。探地雷达作为一种测量土壤含水量的现代先进技术，填补了传统测量方法与遥感方法之间的尺度缺口，国内外大量研究表明：应用探地雷达测量土壤含水量的精度较高，测量速度快，无需破坏土壤结构，作为一种田间尺度的测量方法在测量中、小尺度土壤水空间分布特征等方面具有独特优势，通过不同频率的选定能够测量深度为0.05～50 m的土壤含水量。对探地雷达测量土壤水的主要方法、原理、精度及优缺点等进行详尽介绍，并讨论探地雷达的测量深度和尺度特征等问题。探地雷达在遥感反演土壤水模型率定与精度验证方面比TDR、烘干法更有优势，有潜力应用于遥感产品验证、土壤水模式时间稳定性分析等其他水文相关应用中，为相关研究和探地雷达测量土壤水方法的推广提供理论参考。 关键词：探地雷达；土壤水；测量深度；尺度特征；遥感 中图分类号：P641.7；S152 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2017）02-0037-08 土壤水，分布在地面以下、地下水面以上的土壤层中，
也被称作土壤中的非饱和带水分，是一种重要的水资源（在农田水利中也被称作土壤墒情或土壤湿度）。土壤水的时空 分布与变化对土壤一植被一大气间水分、能量平衡具有显著影响，准确测量土壤含水量，对研究区域水循环、观测干旱的发生及发展过程、指导当地农业生产实践、合理进行水资源调控等工作均具有重要意义。 随着科学技术的发展，出现了多种土壤含水量测量技术，按测量的空间尺度可大体划分为三种：一是点尺度，主要包括烘干称重法、中子法、时域反射仪法（TDR）、频域反射仪法（FDR）等，这些方法测定的数据能较准确地反映观测点 的土壤含水量，但都存在耗时费力并对土壤具有一定破坏性等问题；二是区域尺度，主要包括探地雷达（GPR）技术和 近地面环境宇宙射线中子法等，是无危害，非接触，不破坏土壤，不受土壤质地、密度、盐分等影响的土壤含水量测量方法，适合几十公顷等较大面积的土壤墒情观测，这些技术在快速发展；三是卫星像元尺度，卫星遥感反演土壤含水量是通过测量土壤表面反射或发射的电磁能量，建立遥感信息与土壤含水量之间的关系，从而反演出地表土壤含水量的过程，按遥感波段划分主要有可见光-近红外法（反射率法、植被指数法），热红外法（热惯量法、作物缺水指数法、温度 状态指数法）和微波遥感法（主动微波法、被动微波法）等，具有快速、覆盖范围大和定期重复观测等优势，但遥感方法
探地雷达的发展与现状 探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初。1904年，德国人Hülsmeyer首次将电磁波信号应用于地下金属体的探测。1910年，Leimback和L?wy以专利形式提出将雷达原理用于探地，他们用埋设在一组钻孔中的偶极天线探测地下相对高导电性质的区域，正式提出了探地雷达的概念。1926年Hülsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，他指出介电常数不同的介质交界面会产生电磁波反射。由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，之后二三十年尽管在美国出现过一些相关的专利，这项技术很少被运用到其它领域,直到50年代后期，探地雷达技术才慢慢重新被人们所重视。探地雷达在矿井(1960,、冰层厚度(1963,、地下粘土属性(1965,Barringer)、地下水位(1966,Lundien)的探测方面得到了应用。1967年，一个与stern最初用于冰川探测的仪器类似的系统被设计研制出来，1972年Procello将其于探测月球表面结构。同样在1972年，Rex Morcy和Art Drake开创了GSSI(Geophysical Survey Systems Inc.)公司，主要从事商业探地雷达的销售。随着电子技术的发展，数字磁带记录问世，加之现代数据处理技术的应用，特别是拟反射地震处理的应用，探地雷达的实际应用范围在70年代以后迅速扩大，其中有：石灰岩地区采石场的探测(1971,Takazi;1973,kithara;)、淡水和沙漠地区的探测(1974,、工程地质探测(1976,和、煤矿井探测(1975,、泥炭调查(1982,、放射性废弃物处理调查(1982,、以及地面和井中雷达用于地质构造填图(1997, )、水文地质调查(1996, ;1997,Chieh-Hou Yang )、地基和道路下空洞及裂缝调查、埋设物探测、水坝的缺陷检测、隧道及堤岸探测等。自70年代以来、许多商业化的通用数字探地雷达系统先后问世，其中有代表性的有：美国Geophysical Survey System Inc公司的SIR系统、Microwave Associates 的MK系列，加拿大Sensor & Software的Pulse Ekko系列，瑞典地质公司(SGAB)的RAMAC/GPR系列，日本应用地质株式会社OYO公司的GEORADAR系列及一些国内产品(电子工业部LTD系列，北京爱迪尔公司CR-20、CBS-900等)。这些雷达仪器的基本原理大同小异，主要功能有多通道采集、多维显示、实时处理、变频天线、多次叠加、多波形处理等，另外还有井中雷达系统，多态雷达系统，层析成像雷达系统等。国内探地雷达的研究始于70年代初。当时，地矿部物探所、煤炭部煤科院，以及一些高校和其他研究部门均做过探地雷达设备研制和野外试验工作，但由于种种原因，这些研究未能正式用于实际。90年代以来，由于大量国外仪器的引进，探地雷达得到了广泛的应用与研究。1990-1993年，中国地质大学(武汉)在国家自然科学基金