探 地 雷 达 的 工 程 应 用
及 原 理 简 介
一、探地雷达的检测原理
探地雷达检测的基本原理是通过发射天线发射高频电磁波，当高频电磁波遇到介电常数不同的界面时，产生反射回波；根据接收天线接收到反射回波的时间和形式，确定反射界面距顶面的距离及判定反射体的可能性质。如图1示：
实际检测时，雷达天线沿
测线从左向右移动，如图2a ；
发射天线不断发射雷达电磁
波，接收天线接收到一条条雷
达回波。将雷达回波按顺序排
列展开，便可准确、形象地反
映出地下探测目的体及反射
界面的位置（见图2b 示）。
a b
图2、探测目的体、界面的雷达波反射示图
实验报告 哈尔滨工程大学 实验课程名称：雷达原理实验 姓名：班级：学号： 注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和 2、平均成绩取各项实验平均成绩 3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合 2012年 5 月
雷达信号波形分析实验报告 2012年5月10日班级姓名评分 一、实验目的要求 1. 了解雷达常用信号的形式。 2. 学会用仿真软件分析信号的特性。 3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。 二、实验内容 本实验是在PC机上利用MATLAB仿真软件进行常用雷达信号的仿真、设计。针对所设计的雷达信号分析其频谱特性和模糊函数。 三、实验参数设置 1、简单脉冲调制信号： 载频范围：0.75MHz 脉冲重复周期：200us 脉冲宽度：10us 幅度：1V 2、线性调频信号： 载频范围：90MHz 脉冲重复周期：250us 脉冲宽度：25us 信号带宽：16MHz 幅度：1V 四、实验仿真波形 简单脉冲调制信号实验结果：
图1.1简单脉冲调制信号（正弦）仿真结果将正弦变换成余弦后： 图1.2简单脉冲调制信号（余弦）仿真结果
线性调频信号实验结果： 图1.3线性调频信号仿真结果 五、实验成果分析 1、使用x2=exp(i*2*pi*f0*t);信号进行调制，从频谱图可以看出，脉冲经调制后只有和一个峰值，为一单频信号，而使用x2=cos(2*pi*f0*t);信号进行调制，则出现两个峰值，为两个频率分量。 2、在进行线性调频时，要计算出频率变化的斜率，然后进行调频计算。由仿真图可以看出仅有16MHZ的频带。 六、教师评语 教师签字
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。
精品文档 雷达原理实验指导书 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院 2013年3月
精品文档 目录 雷达原理实验课的任务和要求 (1) 雷达原理实验报告格式 (2) 实验一雷达信号波形分析实验 (3) 雷达信号波形分析实验报告 (5) 实验二. 数字式目标距离测量实验 (6) 数字式目标距离测量实验报告 (8)
雷达原理实验课的任务和要求 雷达原理实验课的任务是：使学生掌握雷达的基本工作原理和雷达测距、测角、测速的基本方法和过程；掌握雷达信号处理的基本要求，为了达到上述目的,要求学生做到： 1.做好实验前准备工作 预习是为做好实验奠定必要的基础，在实验前学生一定要认真阅读有关实验教材，明确实验目的、任务、有关原理、操作步骤及注意事项，做到心中有数。 2.严谨求实 实验时要求按照操作步骤进行，认真进行设计和分析，善于思考，学会运用所学理论知识解释实验结果，研究实验中出现的问题。 3.遵从实验教师的指导 要严格按照实验要求进行实验，如出现意外，要及时向老师汇报，以免发生意外事故。 4.注意安全 学生实验过程中，要熟悉实验室环境、严格遵守实验室安全守则。 5.仪器的使用 使用仪器前要事先检查仪器是否完好，使用时要严格按照操作步骤进行，如发现仪器有故障，应立即停止使用，报告老师及时处理，不得私自进行修理。 6.实验报告 实验报告包括下列内容：实验名称、实验日期、实验目的、简要原理、主要实验步骤的简要描述、实验数据、计算和分析结果，问题和讨论等。
雷达原理实验报告格式 一、封皮的填写： （1）实验课程名称：雷达原理 （2）实验名称：按顺序填写 （3）年月日： 二、纸张要求：统一采用A4大小纸张，左侧装订，装订顺序与实验顺序一致。 三、书写要求： （1）报告除实验图像必须打印外，其余可手写。 （2）实验结果图位于实验结果与分析部分，图像打印于纸张上部，下部空白处写实验分析。 （3）报告中图要有图序及名称，表要有表序及名称，每个实验的图序和表序单独标号（例如图1.1脉冲信号仿真波形；表1-1 几种信号的。。。）。 不合格者扣除相应分数。 （4）每个实验均需另起一页书写。 四、关于雷同报告：报告上交后，如有雷同，则课程考核以不及格处理。（每个实验均已列 出参数可选范围，不能出现两人所有参数相同情况）
实验报告 实验课程名称：雷达原理姓名：班级：电子信息工程4班学号： 注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和 2、平均成绩取各项实验平均成绩 3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合 2017年 5 月
雷达信号波形分析实验报告 2017年 4 月 5 日班级电子信息工程4班姓名评分 一、实验目的要求 1. 了解雷达常用信号的形式。 2. 学会用仿真软件分析信号的特性。 3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。 二、实验原理 为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2 其中S：目标距离；T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间；C：光速。 三、实验参数设置 载频范围：0.5MHz 脉冲重复周期：250us 脉冲宽度：10us 幅度：1V 线性调频信号 载频范围：90MHz 脉冲重复周期：250us 脉冲宽度：10us 信号带宽：14 MHz 幅度：1V 四、实验仿真波形
x 10 -3 时间/s 幅度/v 脉 冲 x 10 -3时间/s 幅度/v 连续波 x 10 -3 时间/s 幅度/v 脉冲调制 x 10 7 01 24 频率/MHz 幅度/d B 脉冲频谱图 x 10 7 05 104 频率/MHz 幅度/d B 连续波频谱图 x 10 7 01 24 频率/MHz 幅度/d B 脉冲调制频谱图 x 10 -3 -101时间/s 幅度/v 脉 冲 8.262 8.26258.263x 10 -4 -1 01时间/s 幅度/v 连续波 0.5 1 1.5 2 x 10 -3 -101时间/s 幅度/v 脉冲调制 x 10 7 02 44 频率/MHz 幅度/d B 脉冲频谱图 -4 -2 024x 10 7 05 104 频率/MHz 幅度/d B 连续波频谱图 -4 -2 024x 10 7 01 24 频率/MHz 幅度/d B 脉冲调制频谱图
地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 摘要：本文简要介绍了地质雷达基本原理及其探测深度、精度，并结合实例阐述了地质雷达的工程应用。 关键词：地质雷达；隧道超前地质预报；掌子面 引言 目前，我国修建大量穿越山岭的特长隧道。由于这些隧道大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中。为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。一、地质雷达基本原理及探测深度、精度 地质雷达( Ground Penetrating Radar, 简称GPR, 也称探地雷达) 是利用超高频(106Hz～109Hz)电磁脉冲波的反射探测地下目的体分布形态及特征的一种地球物理勘探方法。发射天线( T) 将信号送入地下，遇到地层界面或目的体反射后回到地面再由接收天线( R) 接收电磁波的反射信号，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析来了解地层或目的体特征(见图1)
图1 地质雷达反射探测原理图 根据波动理论，电磁波的波动方程为： P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为： V = ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为： V = c/ε1/2（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常
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
汽笛声变调的启示--多普勒雷达原理 1842年一天，奥地利数学家多普勒路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身 旁驰过，他发现火车由远而近时汽笛声变响，音调变尖（注：应为“汽笛声的音频频率变高”）；而火车由近而远时汽笛声变弱，音调变低（应为“汽笛声的音频频率降低了”）。他对这种现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的缘故，称为频移现象。因为这是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应。 由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验进行验证。几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，验证了该效应。 为了理解这一现象，需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播过程中表现出的是声波波长缩短，好像波被“压缩”了。因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被“拉伸”了。因此，汽笛声听起来就显得低沉。 用科学语言来说，就是在一个物体发出一个信号时，当这个物体和接收者之间有相对运动时，虽然物体发出的信号频率固定不变，但接收者所接收到的信号频率相对于物体发出的信号频率出现了差异。多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释，波在介质中传播，会出现频散现象，随距离增加,高频向低频移动。 多普勒效应不仅适用于声波,它也适用于所有类型的波，包括电磁波。 多普勒效应被发现以后，直到1930年左右，才开始应用于电磁波领域中。常见的一种应用是医生检查就诊人用的“彩超”，就是利用了声波的多普勒效应。简单地说，“彩超”就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒。超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号为换能器所接受，根据反射波与发射波的频率差可以求出血流速度，根据反射波的频率是增大还是减小判定血流方向。 20世纪40年代中期，也就是多普勒发现这种现象之后大约100年，人们才将多普勒效应应用于雷达上。多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等的雷达。当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差（称为多普勒频率），根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。20世纪70年代以来，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展，多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备以及科学研究、业务应用装置。 多普勒天气雷达，是以多普勒效应为基础，当大气中云雨等目标物相对于雷达发射信号波有运动时，通过测定接收到的回波信号与发射信号之间的频率差异就能够解译出所需的信息。它与过去常规天气雷达仅仅接收云雨目标物对雷达发射电磁波的反射回波进了一大步。这种多普勒天气雷达的工作波长一般为5～10厘米，除了能起到常规天气雷达通过回波测定云雨目标物空间位置、强弱分布、垂直结构等作用，它的重大改进在于利用多普勒效应可以测定降水粒子的运
实验一、二雷达的总体认识及基本操作I、II 一、实验目的 1.了解Bridge Master E X-Band雷达的基本组成 2.学习正确操作Bridge Master E X-Band雷达，熟悉各基本功能的 操作 二、实验设备： Bridge Master E X-Band雷达两台 S-Band收发机一台，天线一副 三、实验步骤及要领 1.开机 检查天线附近是否有人作业火其他障碍物，将亮度（BRILLIANCE）、雨雪干扰抑制（A/CRAIN）海浪干扰抑制（A/CSEA）、增益（GAIN）等控钮反时针旋到底，功能开关（FUNCTION）置“STANDBY”。开机，接通电源，将电源开关置“POWER ON”,然后雷达开始自检，倒时计数。时间到后自动显示出“RADAR STANDBY”，此时表明雷达已准备好发射（未发射前天线是不转的）。 2.调节屏幕及数据亮度 顺时针旋转显示器前端的键盘（KEY BOARD）上的亮度控钮（BRILLIANCE）使回波明亮清晰，通常应使控钮居中。 3.量程选择 在KEY BOARD上，使用操纵杆（JOYSTICK）移动光标到
“TRANSMIT”上，单击左键，选择发射及脉冲宽度选择。使光标移动到显示屏的左上方的“RANGE”，通过单击“＋”和“－”来改变量程，量程的选择与发射脉冲的宽度的关系见附录图 4.调谐调节 调谐控钮是用来调节接收机的本振频率。在进行调谐前，应首先将海浪抑制控钮（A/CSEA）反时针旋到底，并使雷达工作于最大量程，然后转动调谐控钮使调谐指示亮带达到最长。 5.增益调整 增益（GAN）控钮是用来调节接收机的放大量，此控钮应调节到显示屏幕上的背景噪声似见非见的位置。为了设置合适的增益，首先应选择最远的两个量程之一，因为远量程时背景噪声更为明显，然后俺顺时针方向慢慢旋转增益控钮，使背景噪声达到刚见未见的状态。若增益设置太低，目标回波可能被淹没在背景噪声中。 6.显示模式选择 使用光标在显示屏幕右上方菜单改变显示模式。 7.调出固定、活动距标圈 使用VRM面板可以改变活动距标圈，改变距标圈的时候注意观察显示屏上的相关读数的改变。 8.调电子方位线 使用EBL面板，转动测方位旋钮可以改变电子方位线的方位，注意观察显示屏的相关读数的变化。
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
实时三维频率步进式探地雷达技术介绍及应用案例分析 ◆最快的步进频率雷达：利用数字频率信号源, 可以产生0.5-10 毫秒的扫描周期，一个同相接收机，使得整个扫描周期(一般为几个毫秒)100%可被有效利用。 ◆天线阵技术，可容纳21个天线阵子：覆盖范围从100MHz 到3GHz。实际工作时，用户无需更换天线就可采集从100MHz 到3GHz频率的数据。 ◆CMP（共中点）采集模式：这套系统可以设置为CMP（共中点）采集模式，可实时显示各层的厚度和对应的介电常数，并基于路基材料的介电常数与其密实度，含水量的相关曲线，评定路基质量。 ◆空前的区域勘察速度(工作效率)：极其高的勘察效率和有效的采样方法使得 GeoScope TM采用2.4m天线阵可以以80km/h车速提供7.5×7.5cm网格完全三维图像。生产效率高达20亩/小时。 ◆数据采集过程中的三维实时显示技术：浏览器即可调用采集数据，实现实时三维显示（包括横向剖面、纵向剖面，水平切面）。 ◆软件处理能力超强：完整而快速的进行数据后处理，可加入注解及地理图像，且可以进行二次开发。 挪威3D-Radar公司成立于2001年，为国防、航空和安全高技术产品全球制造商——美国Chemring Sensors and Electronic Systems （Chemring SES）集团的子公司。3D-Radar公司拥有高质量三维雷达技术，从传统的脉冲信号雷达转为新的频率步进雷达，且具有丰富的GPR数据处理经验。 与市场上广泛使用的单通道脉冲式探地雷达系统相比，挪威3D-Radar公司的GeoScopeTM三维探地雷达系统具有如下特点： 频率步进雷达技术、实时三维显示、多通道天线阵技术、软件超强的处理能力 应用领域： ◆公路检测：面层厚度和质量、垫层和基层、桥梁检测 (脱空/剥离) ◆桥梁面板检测 ◆铁路路基检测：垫层厚度和质量、基层、电缆和管道 ◆机场跑道检测：沥青层厚度和质量、基层、脱空、电缆和管道 ◆地下公用设施 (管线/电缆)：地下公用设施 ◆考古 ◆地雷和未爆炸物探测
地质雷达在工程中的应用 李勃 (辽宁省有色地质局一0八队，沈阳 110121) 摘 要:探地雷达是近年来发展起来的一种物探新技术新方法。本文介绍了其基本原理及在岩溶地质勘探、地下管线探测、高速公路检测中应用的实例分析，重点阐述了雷达图像的推断解释，同时表明地质雷达具有快速经济、灵活方便、剖面直观等优点，具有良好的实用性。 关 键 词:地质雷达 实例分析 实用性 1 前 言 地质雷达，全称地质勘探雷达系统（Ground Penetrating Radar ）(简称GPR)。它是通过向所探测地面下方发射高频电磁波束、并接受来自地下的介质界面的反射波来探测地下介质分布的地球物理勘探设备。其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，本文以三个实例，说明探地雷达技术在工程中的应用效果。 2 基本原理 地质雷达是一种使用高频电磁波探测地下介质分布的非破坏性探测仪器。它 通过剖面扫描的方式获得地下剖面的扫描图像(图1)。雷达通过在地面上移动的发射天线向地下发射高频电磁波， 电图1 地质雷达探测工作 图2 雷达波形记录示意图 天线天线 地面基岩面溶洞 点位（m) 12345670 双 程 时 间 (ns)
磁波在介质中传播时，其电磁波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(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断介质的结构。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、白表示，或者以灰度或彩色表示。这样同相轴以等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射面。图2为波形记录的示意图，图上对照一个简单的地质模型，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，构成雷达时间剖面，通过对雷达图像的判读，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。 3 工程实例 3.1 岩溶地质勘探 本次工作任务是探测挖掘坑深部15米内有无岩溶洞穴、溶槽溶沟、溶蚀裂隙。挖掘坑为一溶洞，根据钻探资料可知，上面为洞穴堆积物，下面基岩层为灰岩。 地质雷达的观测方法采用剖面法。根据所揭示的地层分布特征，覆盖层的电 磁波平均速度一般为0.06～0.08 m/ns ， 下伏灰岩电磁波平均速度一般为0.09～ 0.12m/ns;考虑雷达波的穿透能力，采用 100Mhz 天线，设定探测窗口为500ns ， 采样点为1024，采取连续观测采集数据。 在隐伏基岩为灰岩的地区，溶蚀破碎带是一种较为常见的地质现象，一般情况下，致密的灰岩雷达波相特征是非常弱的反射或无反射，其周期较上覆黏土层应明显增加。而当致密的灰岩层在地下水的作用下发生溶蚀后，首先是以细微裂隙形式存在，且伴随溶蚀程度的提高而逐渐扩大，当这些细小的裂隙发展到一定程度后，常常会上下，左右连通，致使周围岩石破碎，进而形成溶蚀破碎结构。由于这些破碎的裂隙空间常常被空气、水以及黏土等物质所充填，进而使得裂隙与围岩之间接触面两侧的波阻抗存在差异，因此，当雷达波运行到这些波阻抗存在差异的接触面时，将会发生反射、折射和绕射，形成杂乱的强波阻抗反射特征。 当溶蚀裂隙扩展到一定程度，便发育成溶洞。溶洞雷达图像的特点是被溶图3 溶蚀破碎带雷达变面积曲线图 破碎
浅谈探地雷达的原理与特点 摘要：地下管线系统的建立是城市现代化建设的重要因素，但由于地下管线中的非金属管线的大量存在以及城市建设快速安全的需要，探地雷达探测技术的独特优势就显现出来，本文通过对探底雷达和地下管线的分析，为应用探底雷达在城市地下管线建设提供参考。 关键字：探地雷达；地下管线；探测技术 0 引言 随着城市现代化的发展，地下管线的密集程度也在不断地扩大。地下管线作为城市的重要基础设施之一，它一方面关系着城市居民生活及城市工业的发展，担负着巨大的社会责任，另一方面又由于它深埋于地下，具有不透明性，纵横交错、结构复杂。近年来，在许多大城市出现施工时挖断通信、电力电缆导致通讯中断、区域性停电、停产事故，这些事故给该地区经济和人们的生产生活带来了巨大的损失。因此，地下工程在施工时如何避免破坏这些地下管线就变得越来越重要，建立完整的城市地下管线系统成为现代城市快速建设的关键因素。 探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)是一种对地下或物体内不可见的目标或界面进行定位的电磁法，并以其探测的高分辨率和高效率而成为地球物理勘探的一种有力工具。随着信号处理技术和电子技术的不断发展及工程实践的增多和经验的不断积累，探地雷达技术也得到极大提高，仪器也不断更新，探地雷达检测技术具有分辨率高、采集速度快、后期数据处理简便等特点。因此在铁路、公路、建筑、市政、考古等领域得到广泛的应用,并受到广大现场技术人员的认可和喜爱。 1 探地雷达的发展 国外探底雷达技术最早可追溯到二十世纪初，西方国家以专利形式提出将雷达原理用于探地，正式提出了探地雷达的概念。但是直到50年代后期探地雷达技术才被慢慢重视起来。探地雷达在矿井、冰层厚度、地下粘土属性、地下水位等方面的得到了应用。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，Rex Morcy和Art Drake开创了GSSI公司，主要从事商业探底雷达的销售。随着电子技术的发展，电子存储设备的问世，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，探底雷达的应用领域迅速扩大，其中有：石灰岩地区采石场的探测、淡水和沙漠地区的探测、工程地质探测、煤矿井探测、泥灰调查、放射性废弃物处理调查、埋设物探测、水文地质调查、地基和道路下空洞及裂缝调查、水坝的缺陷检测、隧道及堤坝探测等。 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GSSI公司的SIR和MK系列，加拿大Sensor&Software公司的Pulse Ekko系列。这些雷达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，
实验报告 实验课程名称：雷达原理实验姓名：班级：学号： 注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和 2、平均成绩取各项实验平均成绩 3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合 2014年 5 月
相位法与振幅法测角实验报告 一、实验目的要求 1. 了解雷达常用测角方法。 2. 学会用仿真软件验证测角算法。 3．能够设计并仿真测角解模糊程序。 二、实验原理 1. 利用了相位法测角的数学模型 2. 利用MATLAB软件编写单基线测向算法和比幅法解模糊程序 相位法测角利用了多哥天线所接收回波信号之间的相位差进行测角；振幅法测角利用了天线收到的回波信号幅值来做角度测量，该幅值的变化规律取决于天线方向图及天线扫描的方式。振幅测角法可以分为最大信号法和等信号法。 三、实验参数设置 （1）载频范围：4GHz （2）目标角度范围：-30°~30° （3）天线数量：3个 （4）天线间距离范围：0.05m~0.3m （5）回波信号DLVA输出幅度：1.5V （6）两两天线相位差测量范围：0.3p 短基线长度0.06 长基线长度0.5 四．实验仿真波形
目标角度/° 相位差/*π 理论相位差与目标角度关系 目标角度/° 相位差/*π 实际读取相位差与目标角度关系 目标角度/° 相位差/*π 相位差与目标角度关系
-60 -40-20 0204060 目标角度/° 相位差/* 相位差与角度关系 -60 -40 -200204060 -202 目标角度 误差/度 短基线测角精度误差 -60 -40-20 0204060 -0.500.5 目标角度 误差/度 长基线测角精度误差 四、 实验成果分析 实验利用三个天线的比对测量目标角度，通过选取天线的距离来比较得到数据的误差，五角星符号位插八度是对应的目标角度。偏差选取了较小天线距离带来的误差。 五、 教师评语 教师签字
地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。 1、基本原理 探地雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，基于地下介质的电性差异，探地雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射的电磁波，并对接收到的信号进行处理、分析、解译。其详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）界面时，电磁波一部分发生折射透过界面继续传播，另一部分发生反射折向地面，被接收天线接收，并由主机记录，在更深处的界面，电磁波同样发生反射与折射，直到能量被完全吸收为止。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时t，当求得地下介质的波速时，可根据测到的精确t值折半乘以波速求得目标体的位置或埋深，同时结合各反射波组的波幅与频率特征可以得到探地雷达的波形图像，从而了解场地内目标体的分布情况。
一般，岩体、混凝土等的物质的相对介电常数为4—8，空气相对介电常数为1，而水体的相对介电常数高达81，差异较大，如在探测范围内存在水体、溶洞、断层破碎带，则会在雷达波形图中形成强烈的反射波信号，再经后期处理，能够得到较为清晰的波形异常图。 在众多地质超前预报手段中，使用探地雷达预报属于短期预报手段，预报距离与围岩电性参数、测试环境干扰强弱有关。一般，探地雷达预报距离在15~35米。 2、探地雷达在勘查中的基本参数 ①数电磁脉冲波旅行时
国内外路用探地雷达性能概述 摘要：本文调研了国内外主要道路用探地雷达（GPR）生产厂家及其检测能力，提出适宜路用雷达天线中心频率范围，为工程和研究人员合理选用探地雷达的提供参考。 关键词：道路工程探地雷达（GPR）天线性能 1 概述 探地雷达（GPR）检测路面和桥面板，可给出定性、定量的结果，用于快速、可靠的评定路面、桥面状况，是一种非常经济、高效的检测手段。随着科学技术的进步，特别是分析处理软件的进一步开发和完善，雷达必将在公路快速检测中应用越来越广。 2 ASTM和AASHTO雷达标准简介 由于国内目前尚没有专用的雷达路面桥面检测标准规范。大多依赖厂家的软件、资料和参照美国ASTM 和AASHTO等测试方法和标准。 1）ASTM D4748—98《使用短脉冲雷达测定组合路面层厚度测试方法标准》(Standard Test Method for determining the thickness of Bound Pavement Layers Using Short—Pulse Radar)。本规程包括使用短脉冲雷达进行组合路面层厚度无损检测。本方法的精确度和适应性取决于雷达系统的穿透性、分辨率和介电常数。 2) ASTM D6097—97el《使用地面探测雷达评定沥青铺层混凝土桥面板测试方法标准》，本规程包括可用于评定铺有沥青混凝土磨耗层的混凝土桥面板状况的步骤，尤其是判断是否存在剥离。最严重的损坏是由内部钢筋的锈蚀引起的。 3）ASTM 06432—99 《使用地表面探测雷达方法进行地下勘探标准指南》(Standard Guide for using the Surface Ground Penetrating Radar Method for Subsurface Investigation)，本指南是脉冲雷达方法的概述，而不是理论、测试步骤和数据解释的详细资料，限于地表面雷达探测的一般用途。 4）AASHTO TP36《使用脉冲雷达评定沥青加铺层混凝土桥面板测试方法标准》(Standard Test Method for Evaluting Asphalt-Coverd Concrete Bridge Decks using pulse Radar)，本标准基于SHRP成果2015，内容基本与ASTM6087相同。 3国内外雷达(GPR)生产厂家及路面雷达性能调查 3.1 加拿大Sensers&Software公司PULSE RODAR路面雷达系统 RODAR是Pulse雷达公司研制的专利产品，大范围的天线频率（50 MHz-3
电子科技大学 课 程 设 计 报 告 课程名称：雷达原理与系统 设计名称：雷达系统设计 指导老师：江朝抒 姓名：韦瑞强 学号：20 专业：电子信息工程 1.设计要求 设计一雷达系统，对1m2目标，要求探测距离为10km ，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20 °，距离分辨力为15m 。要求： 1 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。 2 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。 3 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km ，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。 参数求解： 1.1雷达工作频率f ，发射功率t P 已知距离分辨率的公式为：min 2c R τ?= ，式中c 为电波传播数度，τ为脉冲宽度，则7min 82215100.1310 R s s s c τμ-??====?，不妨取雷达的工作频率为1f GHZ =，发射功率40t P kW =，则8 93100.3110 c m m f λ?===?。 1.2天线孔径及增益
雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长λ 和天线口径尺寸L ，约为/2L λ ,则可得： 水平口径尺寸L 为： 垂直口径尺寸h 为： 天线的孔径224.30.43 1.8478D Lh m m ==?= 天线增益2244 1.84782580.3 A G ππλ?==≈ 1.3脉冲重复频率r f 发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为r T 则有： 设r f τ称作雷达的工作比为D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为 0.0001-0.01，为了满足测距的单值性，不妨取0.001D =，则 1.4接收机灵敏度 若以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为： 所以，接收机灵敏度() 23211min 42423max 40101 1.8478 1.210440.31010t r i P A S w w R σπλπ-???==≈???? 1.5相参积累时间 设单基地脉冲雷达的天线为360环扫天线，天线扫描速度20/min a r Ω=，水平波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，可取： 则对一个点目标的相参积累时间t 为： 脉冲积累个数31101016660r n tf ==??≈ 2 最大不模糊速度，最大不模糊距离，速度分辨率 不产生频闪的条件是：12d r f f ≤ 其中d f 表示脉冲多普勒频率，由2r d v f λ = 关系可得最大不模糊速度： 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期r T 决定，为保证单值测距，通 常应选取： 故最大不模糊距离max 15R km = 。