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区域地形测绘中的分辨率选择和处理地球是一个广袤而多样的行星，其复杂的地理地貌给我们提供了丰富的研究对象。
为了更好地了解和利用地球上的地形信息，地形测绘技术被广泛应用。
在进行区域地形测绘时，分辨率的选择和处理是极其关键的一步，它直接影响着地形数据的质量和应用领域的范围。
首先，我们需要明确什么是分辨率。
简单来说，分辨率是表示地形图像中最小可见细节的能力。
它通常以像素大小来表示，较小的像素表示有较高的分辨率，而较大的像素则表示有较低的分辨率。
在地形测绘中，我们通常使用卫星遥感数据、航空影像或激光雷达等技术获取地形数据，这些数据以不同的分辨率提供，我们需要根据实际需求来选择合适的分辨率。
首先考虑的是地形测绘的目的和应用范围。
如果我们只是进行一个大概的地形研究或是欲获得一个整体的地形概貌，那么较低的分辨率就足够了。
这样一来，我们可以处理更多的地理范围，而且数据体积也相对较小，处理速度也更快。
例如，如果我们仅仅需要知道某个地区的海拔高度范围，那么较低分辨率的卫星数据就足够满足我们的需求。
然而，如果我们进行的是对一个地区的详细研究，或是需要获得更精确的地形信息，那么较高的分辨率就是必需的。
高分辨率的数据可以提供更为精细的地形特征，如河流、山脉和城市建筑等。
而低分辨率的数据则无法呈现这些精细的信息，这对于一些需要精确的地形分析、遥感分类和工程规划等领域来说十分重要。
其次，我们还需要考虑数据获取和处理的成本。
高分辨率的数据获取和处理通常需要更大的投入，包括设备和人力成本。
而低分辨率的数据则相对更加经济实惠。
因此，在进行分辨率选择时，还需要综合考虑项目预算和研究需求之间的平衡。
此外，数据处理的能力也是进行分辨率选择的关键因素之一。
高分辨率的数据通常需要更高的计算能力和存储空间来进行处理和存储。
对于一些计算资源有限的研究机构或个人来说，可能无法处理大量的高分辨率数据。
因此，在分辨率选择上，需要根据实际的计算资源和存储限制来进行权衡和选择。
地质雷达在城市地下管线探测中的应用在城市的快速发展中，地下管线犹如城市的“血管”，承载着供水、排水、燃气、电力、通信等重要功能。
然而，由于地下管线的复杂性和隐蔽性，其准确探测一直是城市建设和管理中的难题。
地质雷达作为一种先进的地球物理探测技术，凭借其高精度、高分辨率和非破坏性等特点，在城市地下管线探测中发挥着越来越重要的作用。
一、地质雷达的工作原理地质雷达是一种利用高频电磁波进行地下探测的设备。
它通过向地下发射高频电磁波脉冲，当电磁波遇到不同介质的分界面时，会产生反射和散射。
这些反射波被地质雷达接收并记录下来，通过对反射波的分析和处理，可以获取地下介质的分布情况和结构特征。
在城市地下管线探测中，地质雷达利用地下管线与周围土壤或岩石介质的电性差异来识别管线的位置、走向、埋深和管径等信息。
一般来说，金属管线具有良好的导电性，与周围介质的电性差异较大，反射信号较强；非金属管线虽然导电性较差，但与周围介质在介电常数等方面仍存在差异，也能够产生可识别的反射信号。
二、地质雷达在城市地下管线探测中的优势1、高分辨率地质雷达能够提供厘米级甚至毫米级的分辨率，可以清晰地分辨出地下管线的细节特征，如管线的接口、弯头和分支等，这对于准确确定管线的位置和走向非常重要。
2、非破坏性与传统的开挖探测方法相比，地质雷达不需要破坏地面，不会对城市的交通和环境造成影响，也减少了施工成本和时间。
3、快速高效地质雷达可以在较短的时间内完成大面积的探测工作，大大提高了探测效率，能够满足城市建设和管理中对地下管线信息快速获取的需求。
4、适应性强地质雷达可以在各种复杂的地质和环境条件下进行探测，如在城市道路、广场、建筑物附近等，不受场地限制。
三、地质雷达在城市地下管线探测中的应用场景1、新建工程前期探测在城市新建道路、桥梁、地铁等工程建设前，需要对地下管线进行详细探测，以避免施工过程中对现有管线造成破坏。
地质雷达可以准确查明地下管线的分布情况，为工程设计和施工提供可靠的依据。
地质雷达在地下水勘查中的应用研究在地球科学领域，地下水的勘查一直是至关重要的课题。
随着科技的不断进步，地质雷达作为一种高效、精准的地球物理探测技术，在地下水勘查中发挥着越来越重要的作用。
地质雷达，又称探地雷达，是一种利用高频电磁波来探测地下介质分布的无损探测技术。
它通过向地下发射高频电磁波，并接收反射回来的电磁波，从而获取地下结构和物质分布的信息。
在地下水勘查中，地质雷达之所以能够发挥作用，主要基于其几个关键特性。
首先，它具有高分辨率。
这意味着能够清晰地分辨出地下细微的地质结构和地层变化，对于识别与地下水储存和流动相关的地质特征非常有帮助。
其次，地质雷达的探测速度相对较快，可以在较短时间内完成大面积的勘查工作，提高工作效率。
再者，它是非破坏性的探测方法，不会对勘查区域的地质环境造成破坏。
在实际应用中，地质雷达能够帮助我们确定含水层的位置和厚度。
含水层是地下水储存的主要场所，准确确定其位置和厚度对于地下水资源的评估和开发至关重要。
通过地质雷达的探测，我们可以识别出含水层与其他地层之间的界面，从而了解含水层的分布情况。
地质雷达还可以用于探测地下水的流动路径。
地下水的流动通常会受到地质结构的控制，如断层、裂隙等。
这些地质结构会影响电磁波的传播和反射，地质雷达能够捕捉到这些异常，从而推断出地下水的流动路径。
此外，地质雷达对于地下水污染的监测也具有重要意义。
当地下水受到污染时，污染物的分布和扩散会改变地下介质的电磁特性。
通过地质雷达的探测，可以及时发现污染区域的范围和程度，为污染治理提供重要的依据。
然而，地质雷达在地下水勘查中也并非毫无局限性。
例如，其探测深度通常有限，对于较深的地下水系统可能无法完全探测到。
另外，电磁波在地下传播时会受到多种因素的干扰，如地下介质的复杂性、电磁噪声等，这可能会影响探测结果的准确性。
为了提高地质雷达在地下水勘查中的应用效果，需要在勘查前进行充分的现场调查和资料收集，了解勘查区域的地质背景和水文地质条件。
地质雷达在城市地下管线探测中的应用分析摘要：地质雷达在城市地下管线探测中的应用非常重要，可以帮助工程师和施工人员准确地识别地下管线的位置和走向，从而降低施工风险，节省时间和成本，并促进城市基础设施建设的安全和可持续发展。
文章提到使用SIR-4000型号地质雷达对三个不同的地下管线进行探测，这是一种常见的实际应用场景。
地质雷达通过发射高频电磁波并测量其反射信号来获取地下管线的信息。
这些信号可以告诉工程师管线的深度、材质、尺寸和走向等重要参数。
关键词：地质雷达；城市地下管线探测；应用1地质雷达的概念地质雷达是一种勘探地下结构和地质层的无损非侵入性探测技术。
基于电磁波通过地下不同材质和界面，会发生不同程度的反射、折射和衰减的原理，通过发送无线电波信号至地下，并接收其回弹信号，对接收信号进行专业处理，可以绘制高分辨率的地下地质剖面图，从而达到探测地下结构信息的目的。
地质雷达已经广泛应用于地下管道和设施探测领域。
地质雷达的有效探测深度受工作频率和地下结构的影响，较高频率的电磁波可以提供更高的分辨率但探测深度较浅，低频电磁波探测深度较深但分辨率较低。
同时，地质雷达可能受到地下条件的限制，如高导电性的土层或金属物体的干扰等。
2地质雷达在城市地下管线探测中应用的重要性（1）高效准确。
地质雷达能够快速、准确地探测出地下管线的位置和走向。
通过雷达信号的反射和回波分析，可以获得管线的深度、埋深、大小等重要信息，帮助工程师进行管线的布局和设计。
（2）提高工程建设安全性。
城市地下埋设了各种管线，如自来水管道、天然气管道、电缆等。
在进行工程施工、道路挖掘等工作时，如果没有准确的地下管线信息，很容易导致事故发生，造成人员伤亡和财产损失。
地质雷达的应用可以有效避免这些潜在风险，提高工作的安全性。
（3）资源节约。
通过使用地质雷达，可以避免对地下管线的不必要破坏和重复挖掘。
工程师可以根据地质雷达的检测结果，精确地规划施工和挖掘的位置，避免对已经埋设的管线造成损坏和浪费。
地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用摘要：地质雷达检测技术具有无损、分辨率高、精度大、效率高等特点，将地质雷达检测技术应用在公路工程检测中，能有效地提高检测结果的准确性、科学性。
根据实际情况，选择不同频率天线配置的探地雷达，能快速、高效地完成检测任务，提供准确、可靠的检测数据，从而为公路建设质量控制保驾护航。
本文探讨了地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用。
关键词：地质雷达；检测技术；公路工程检测；应用公路工程的质量十分重要，公路工程施工过程中，准确的检测对于及时发现公路工程存在的问题以及公路修建过程中存在的安全隐患十分重要。
地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用，不仅能够及时发现公路工程中存在的潜在风险及问题，且其检测的准确性还相对较高，检测的范围较为全面，因此，积极探究地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用，并逐渐改善地质雷达检测技术以进一步提升其在公路工程检测中应用的价值十分必要。
1探地雷达的特点和优势地质雷达技术的逐渐广泛应用，除了具备多种学科相结合的技术之外，还凭借自身的特点开拓了应用领域。
其中，地质雷达技术在工程物探中应用最为广泛。
（1）高分辨率。
对于地质雷达来说，其分辨率可以精确到几厘米，以及工作的频率可以达到5000MHZ。
再加上计算机的准确分析，可以让电磁波反射信号准确的描述目标介质的尺寸、几何特性等。
（2）无损性。
地质雷达是一种新型的探测技术，代替了传统的打钻检测方式。
这种技术可以应用在城市路面以及施工之间检测上。
（3）高效性。
通过地质雷达监测，对目标介质通过电磁波的方式进行检测，方便简单、效率高、减少劳动强度。
（4）抗干扰能力强。
地质雷达监测可以应用到各种环境中，且通过相应的野外检测发现，在进行地下4面层区域进行检测时，可以有效降低成本，且准确性高，不易受外界因素的干扰。
2地质雷达检测技术的工作原理分析地质雷达检测技术的工作原理十分简单，其就是利用高频电磁波在不同电性材质中脉冲反射现象以及数据的不同来分析地质情况的。
⼤穿透深度地质雷达、探地雷达100m⼤穿透深度地质雷达COBRA Plug-in ⼀、前⾔常⽤的地质雷达探测深度⼀般在10-15⽶以内，要增加探测深度必须采⽤低频天线，然⽽它⼜使屏蔽发⽣困难，限制了低频天线的应⽤领域。
为此，瑞典RADARTEM公司研发和⽣产了⼤穿透深度Cobra plug-In地质雷达，该系统采⽤先进的实时采样技术，使信噪⽐提⾼45dB，勘探深度增加⼀倍以上，采⽤具有强烈抗⼲扰能⼒的、半屏蔽技术的收发⼀体天线，进⼀步保障了最⼤勘探深度，勘探深度0-100m，在北京和厦门地区的应⽤结果表明，在很强⼲扰地区仍可获得⼗分可靠的探测结果。
此外该公司研发的双通道、双天线CobraWifi地质雷达具有极⾼的分辨率和极强的抗⼲扰能⼒，探测深度0-10m。
⼆、原理简介地质雷达探测的⼯作原理,简单地说是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的⾼频、甚⾼频电磁波。
电磁波在介质中传播,当遇到存在电性差异的地下⽬标体,如空洞、分界⾯等时,电磁波便发⽣反射,返回地⾯⽤接收天线接收，并对接收数据进⾏处理和分析,根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下⽬标体的空间位置、结构、电性及⼏何形态,从⽽达到对地下隐蔽⽬标物的探测(如图1 所⽰) ，可以⾮常安全和⽅便地⽤于很多领域,并具有很⾼的探测精度和分辨率。
图1 探地雷达⼯作原理⽰意图图1 中T 为发射天线, R 为接收天线,电磁波在地下介质中遇到⽬标体和基岩时发⽣反射, 信号返回地⾯由天线R 接收并记录再通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波记录(如图2 所⽰) 。
图2 探地雷达回波记录⽰意图图2 中横坐标的单位为m ,横轴代表地表⾯的探测距离,纵坐标代表电磁波从发射到遇见地下⽬标体或基岩时反射回地⾯并被仪器接收所需要的时间t。
，即双程反射时间t，按下式算出⽬标体的埋藏深度：其中, t 为⽬标层雷达波的双程反射时间; c 为雷达波在真空中的传播速度(0. 3 m/ ns) ; εr 为⽬标层以上介质的相对介电常数均值。
提高探地雷达剖面分辨率的方法
探地雷达GPR(groundperatingradar)的有效探测深度与频率成反比,当满足一定深度后,其垂向分辨率可能不足以识别反*层的厚度.通过利用小波变换的多分辨和局部时频特*,将雷达信号中的低频成份滤掉,有效地保护了其高频成份,从而实现了对薄层的识别.对于高通滤波后的结果,采用局部阈值去噪,可以更加灵活地区分出有效信号和干扰信号,从而提高了雷达剖面的分辨率.这里运用铁路沪宁线路基检测的数据,使用小波变换进行高通滤波和去噪,其处理后的剖面更能有效地反映出路基病害的信息.。
地质雷达检测●地质雷达以其高分辨率和高工作效率而成为浅层地球物理检测的一种有力的工具，现己广泛应用到诸多工程领域。
雷达技术在路面检测中的试验研究开始于20世纪90年代，现在道路测厚中应用较为成功。
1991年前后，美国联邦公路局第一章绪论资助对GPR在道路工程中的应用进行了深入的研究。
1994年W.M.KimRoddiS等人对美国KansaS州的H种不同种类的道路利用探地雷达进行了分层检测工作，73个钻孔取样的结果对比，偏差仅为士5%士10%。
1996年，J.Hugensehmidt用 0551sIRSYSTEM.roA型探地雷达仪及2.SGHz与900MHz天线在瑞士的Gotthard高速公路上进行了检测工作。
中国地质勘察技术院的牛一雄等人用探地雷达对西安一宝鸡高速公路进行了质量检测;1999年吕绍林用SIR.10H型地质雷达系统对益常高速公路结构层中高频电磁波的传播特征及雷达技术参数进行了理论研究和大量的现场检测试验。
该方法有效的克服了现行钻孔法的缺陷，检测中不仅能准确地提供基层厚度变化的真实情况，为施工提供可靠参数，同时通过改变天线频率可以检测基层以下路基及原状地基土内存在的病害隐患，尽早发现隐患，及时处理，确保高速公路的安全畅通。
因而无论是路基、路面厚度质量检测，还是病害隐患检测，都将产生显著的社会效益和经济效益。
●地质雷达方法地质雷达是根据地下介质的电性差异，利用电磁波检测路基密实度分层的一种快速无损检测方法。
利用天线向地下发射电磁脉冲，并接收由地下不同介质界面的反射波。
电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度以及波形随所通过介质的电磁性质(河、川及几何形态的变化而变化引。
根据接收到的回波的时间、幅度、波形和频率等信息，可以判定地下介质的结构及界面的埋深。
常见的工程介质为非铁磁介质天线中心频率不同，其探测深度及分辨率也不同，可根据实际需要选择不同频率天线。
该方法可用于公路建设的全过程质量监控，具有快速、高效、准确、成本低、无破坏等优点。
地质雷达技术在隧道质量检测中的应用发布时间：2022-09-07T08:01:55.810Z 来源：《建筑创作》2022年3期2月作者：李天鹏[导读] 地质雷达主要是采用电磁波发射和折回对地下电性界面的探测、观测设备李天鹏遵义交科工程检测有限公司贵州遵义 563000摘要：地质雷达主要是采用电磁波发射和折回对地下电性界面的探测、观测设备。
在进行探测地下构造和隧道内部衬砌的时候，地质雷达则是经过发射高频电磁波进行勘查周围的环境，因为探测的各介质形态、介电常数的不同，可以折射出电波能力有着差异，在不同形态介质中的折回电波频率也是不一样的，经过对折回电磁波、地质雷达所发出的电磁波、折回时间等数据的分析、计算，最终处理得出地下构造、衬砌结构的探测数据。
本文主要从作者实际工作经验入手，分析隧道质量检测阶段的地质雷达技术应用，希望对有关从业人员带来帮助。
关键词：隧道检测；地质雷达；应用1 地质雷达检测技术分析地质雷达检测是通过利用雷达探测器散发的电磁波检测地下需要检测的地方，根据不一样的介质，当电磁波反射或者散射到地面的时候，从而对地质雷达进行有效的检测，然而其中波频、波长在电磁波的反射、散射下具有很大的差异，当传达到地面过后，地面的反射波频就会利用天线传递到相关的接收器上，然后通过显示器显示出检测的数据、图像等信息。
2 地质雷达技术的发展状况在二十世纪二十年代的时候，地质雷达检测技术在人们的不断研究下其发展速度也是突飞猛进的，而且使用的范围也是非常广泛的。
由于雷达所发射出来的电波的稳定性不是特别好，也是比较复杂的，所以我们要加强对这方面的关注，尽量减小或者避免破坏到地质环境。
在二十世纪七十年代的时候，电子技术随着时代和科学技术的发展而发展，地质雷达技术的应用范围在二十年代的时候的使用范围又有很大程度的增大，经过人们的呕心沥血、刻苦钻研，在二十世纪八十的年代的时候出现了第一台雷达设备。
在台雷达设备出现以后，引起了很多学者的广泛关注，并且随着时间的推移也在不断创新和完善，后期又出现了成像技术，因此在它的分辨率在于很大程度的提高，同时也有利于公路桥梁的检测。
RIS-地质雷达RIS探地雷达一、概述博泰克RIS探地雷达在兼具了传统探地雷达各项优点的同时，增添了高灵敏度、高分辨率的天线阵，使浅层和深层探测一次完成，实现了三维立体探测，大大提高了工作效率，具有数据采集完整、快速、低误差等特点。
适用于公路路面、隧道衬砌质量的检测、桥梁结构检测、路基检测、管线探测、岩性分析和条件恶劣场地的应用。
使用博泰克RIS天线阵雷达进行公路和隧道检测如图8-1所示。
图8-1 RIS探地雷达二、RIS K2主机技术参数1、扫描速度： 850扫/秒2、脉冲重复频率：400KHz3、时窗： 9999 nsec4、采样点数： 128-81925、叠加数： 1-327686、分辨率： 5psec7、工作温度：－10～50℃8、A/D转换： 16bit9、工作环境标准： IP6510、动态范围： >160dB11、信噪比： >160dB12、可连接8对天线同时测量13、尺寸：22x17x5.5cm，重量：1.2kg现场测量开始前应该对雷达的采集参数进行设定，这一工作最好在进入现场前在室内完成，进入现场后可根据情况略加调整。
参数设定的内容包括时间窗口大小、扫描样点数、每秒扫描数、Ａ／Ｄ转换位数、增益点数等内容。
参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，至关重要。
★探测深度与时窗长度探测深度的选取是头等重要的，既不要选得太小丢掉重要数据，也不要选得太大降低垂向分辨率。
一般选取探测深度H为目标深度的1.5倍。
根据探测深度H和介电常数ε确定采样时窗长度（Range/ns）：Range= 2H(ε)1/2/0.3(ns)= 6.6 H(ε)1/2(ns)例如对于地层岩性为含水砂层时，介电常数为25，探测深度为3m时，时窗长度应选为100ns，时窗选择略有富余，宁大勿小。
★A/D采样分辨率：雷达的A/D转换有8Bit、16Bit、24Bit可供选用。
选择24Bit动态大，强弱反射信号都能记录下来，探测深度大、时窗长时采用。
2019.09科学技术创新-21-地质雷达在隧道衬砌质量检测中参数的选取胡晓（中铁五局测绘试验中心，贵州贵阳550000）摘要：本文简单介绍地质雷达用于隧道衬砌检测的工作原理，同时介绍地质雷达隧道检测时如何合理的选取有关参数。
这些参数包括天线频率、时窗大小、天线移动速度、采集方式、增益设置等。
关键词：地质雷达;参数;隧道中图分类号:U455文献标识码:A文章编号:2096-4390（2019）09-0021-03隧道工程具有隐蔽性特点，其内部存在缺陷时难以通过外观反应出来，同时当需要了解其内部的钢筋及拱架布置时，也不宜采用破解的方式进行检查。
因此需要一种快速无损的检测方法进行隧道衬砌内部检测。
地质雷达具有探测精度高、工作效率高等特点，目前已广泛运用于隧道衬砌质量检测。
在检测过程中，合理的设置参数.对数据质量的采集有着至关重要的作用。
1地质雷达检测隧道衬砌质量1.1地质雷达工作原理地质雷达是采用高频电磁波探测地下或检测建筑内结构的电磁探测技术。
发射天线向目标介质中发射一定频率的电磁波（图1A）,其遇到介质中的电磁性差异分界面时会发生反射和透射，被反射的电磁波由接收天线接收并传输到仪器控制台，经过处理转换成时间序列信号，这种时间序列即构成每一测点上的雷达波形记录道，它包含该测点处所接收到的雷达波的幅度、相位及时间等信息，并由主机电脑收集并存储每一测点上雷达波形序列。
天线沿测线进行移动时,在每一个测点上会得到一个记录道，当沿测线探测完毕时就可以获得一条沿该测线的雷达反射剖面（图1B）。
通过对地质雷达剖面进行处理与解释，便可获得剖面下方内部结构特征信息。
图1B地质雷达反射剖面图1.2地质雷达用于衬砌质量检测的可行性任何一种地球物理方法都是利用介质的物理性质差异来进行探测的，地质雷达方法是一种采用高频电磁波探测地下地质结构与特征的电磁波探测技术叫探地雷达以其高探测分辨率和高工作效率而成为地球物理勘探的一种有力工具。
地质勘探中的地质雷达应用地质雷达是一种广泛应用于地质勘探领域的无损探测技术。
它通过发射高频电磁波并接收反射波，以获取地下的物质分布和结构情况。
地质雷达具有非常高的分辨率和探测深度，能够提供关键的地质信息，被广泛应用于地质勘探的各个方面。
一、地质构造调查地质雷达可用于对地质构造的调查和研究。
通过分析地下不同介质的反射特征，地质雷达可以揭示地表以下的地质构造，如断层、褶皱等。
这对于了解地下地质构造演化过程、预测地震、寻找矿产资源等具有重要意义。
二、地下水资源调查地质雷达在地下水资源调查中起到了至关重要的作用。
通过测量地下水位、水层厚度和水层边界等参数，地质雷达可以提供地下水资源的分布情况和水文地质条件。
这对于科学合理地开发利用地下水资源、保护生态环境至关重要。
三、岩土工程勘察地质雷达在岩土工程勘察中的应用也非常广泛。
它可以用于检测土层的厚度、密实度、含水层位置等参数，为岩土工程设计提供准确的地质数据。
此外，地质雷达还可以识别隐患，例如隐蔽洞穴、土层不均匀等，为工程的安全施工提供可靠的依据。
四、古地理研究地质雷达在古地理研究中的应用可以帮助重建古地貌和构造演化历史。
通过对地下介质的扫描和分析，地质雷达可以揭示出古地貌的形态与演化过程，为研究地球历史变迁提供重要线索。
同时，地质雷达还可以检测古河道和古湖泊等地下水体的存在，为古气候和沉积环境的重建提供依据。
五、矿产资源勘探地质雷达在矿产资源勘探中也发挥着重要作用。
它可以识别地下的矿体边界、寻找矿脉赋存区域，并提供有关矿石类型、储量和品位等信息。
地质雷达的高分辨率和探测深度，提高了勘探效率，减少了勘探成本，对矿产资源的勘探与开发具有重要的经济价值和社会意义。
综上所述，地质雷达在地质勘探中具有广泛应用的潜力和重要价值。
其高精度的地下探测能力，为地质构造调查、地下水资源调查、岩土工程勘察、古地理研究和矿产资源勘探等提供了有效的手段和工具。
随着技术的不断发展和创新，地质雷达的应用将会更加广泛和深入，为地质勘探事业做出更大的贡献。
1 浅析地质雷达的分辨率 美国劳雷工业公司 袁明德 近年来，地质雷达无损检测技术的应用不断推广，经常有人提起其分辨率的问题。分辨率或称分辨能力，指将两个靠得非常近的异常区分开的能力。通俗地讲，就是能清楚识别的最小目标大小，更小就分不清了或“看”不出来了。 目标如地层、空洞、管道都是三度体，都具有长、宽、高，从地面看下去，有横向延展度和垂向延展度。因此，判别分辨率，就有横向分辨率和垂直分辨率之分。两者既不同又相互关联。
先说垂向分辨率。无论地层或具体目标，都有上下两个面，假设这两个面跟围岩或上下地层有明显的电性差异，则在顶、底面上都能形成反射波。那么分辨率的概念就是分别从顶、底反射回来的两个脉冲不重叠，或重叠的不厉害，能分得开(如图1)。显然，两者太靠拢了就分不开(如图2)。我们将这段能分得开的最小距离称为垂直分辨率。 将地下各个层面的反射系数按反射波到达时间编制成图，即为反射系数序列（如图1）。在数字化过程中，一条雷达扫描数据能用反射系数序列跟雷达讯号脉冲的褶积方程来表达： X(t)=R(T) * e(t) + n(t)----------------------------------(1)
（图1）雷达扫描线可用反射系数 序列跟雷达脉冲的褶积来表示
X(t)------雷达扫描线 R(t)------雷达脉冲 n(t)------噪音 e(t)------反射序列 e(t)
R(t)
X(t)
n(t) 2
借用地震反射理论，一般认为对离散的反射界面，根据瑞雷标准定义的分辨率的极限是λ/4，其中λ是主频波波长，怀特定义分辨率极限则为λ/8；对无限延展的平面层，极限分辨率为λ/30。这里并没有考虑噪音的影响，有没有噪音大不一样，而实际上都是有噪音的。所以有人用讯号的功率谱与噪音的功率谱的比S2/N2来表示分辨率，也有人用道间互相关C和自相关A的关系来衡量分辨率，因为C/(A-C)=S/N。所以实际上，离散目标的垂直分辨率大约为λ/2左右，平面层在λ/20左右(图2)。 在地质雷达天线的设计中，一般选择天线的中心频率fp等于天线的通频带 Δf，即fp/Δf=1,因此，雷达的分辨率近似于C/2Δf(εr)1/2=λ/2，其中C为空气中雷达波波速，εr为地层介电常数。
（图2）能分辨的地层厚度跟脉冲波长之间的关系。(a)表示目标地层的波阻e(t) R1(t)
X(t) = R2(t) R1(t) + R2(t) e(t)
R1(t)
X(t)= R2(t) R1(t)+ R2(t) 3
抗高于两侧的地层，(b)表示目标地层的波阻抗处于两侧地层之间。从左至右随着目标地层变薄，两个脉冲合二为一，最终无法分辨。 至此，分辨率的关系变成了脉冲波长或称脉冲宽度的关系，即雷达波的脉冲宽度是分辨率高低的关键。 脉冲宽度指的是雷达脉冲讯号R(t)能量集中出现的这段时间Δt，研究表明它主要取决于天线的中心频率fp和频带宽度Δf。根据富氏变换理论，一个脉冲波形是由一系列不同频率的谐波所合成的（图3），如果组成脉冲的高，低频率成份愈丰富即频带愈宽，所合成的脉冲就愈窄。研究表明脉宽和带宽之间有一定关系。脉宽和带宽为如下转换关系： Δt=1/Δf---------------------------------- (2)
（图3）一个零相位脉冲的频率成份 图3借用一个零相位地震子波的合成，说明任何脉冲都可由一系列谐波组合而成。 图4则表示脉宽时间Δt随着带宽频率Δf=f2-f1的展宽，以及中心频率fp的提高而变窄。 4
（图4）脉冲宽度与频带宽度和主频的关系示意图 要展宽频带，理想的方法是向高频端和低频端同时展宽，甚至实现无穷宽，从而获得理想的δ脉冲，这时脉冲形状成一条线，所有的能量瞬时释放，但这是不可能的。正如前面所提到的，通常设计雷达天线的带宽为主频的1倍至1.5倍。这样得到的脉冲大至相当于主频的1.5至1个波长宽度，由相当于主频率谐波的一个主波峰加上一定延续度的旁瓣组成。旁瓣的大小和相位个数取决于频带的宽度和斜坡形状，如果加宽频带至2倍主频或变缓带边的递降坡度，则有望更加压缩脉宽，同时增加波峰与旁瓣的比例，突出主波，达到高分辨率的目的。当然，这必然增加天线制造工艺的难度，使成本提高。
低截 f1 中心频率 fp 高截
f2 频谱 脉冲 5 由前面讨论得知，垂向分辨率主要取决于脉冲讯号的宽度Δt，雷达天线的脉宽大至为一个主频波长λ，因此一个雷达天线选定之后，分辨率约为该天线主频的四分之一波长或二分之一波长，视探测讯号的讯噪比情况。 如果把垂向分辨率说成为时间分辨率，那么，横向分辨率更多体现为空间分辨率的概念。射线理论认为，地下界面上的反射来自由斯奈尔几何定律描述的一个点，但实际上，雷达波的传播还有波动性的一面，由波动理论，当入射波前到达界面上形成反射波时，是以“反射点”为中心点的一个面上反射的综合，它们是以干涉形式形成能量累加或相减的带状分布的。将围绕反射点能量累加的这一圈反射干涉带称为菲涅尔带（Fresnel带）（图5）。这个面积有多大？根据R.E.Sheriff的理论，他认为从这个面积上反射回来的波相差不应超过四分之一波长，与之相关的菲涅尔带直径是： Fs=2[(Z+λ/4)2-Z2]1/2=2(λ2/2+λ2/16)1/2≈(2λZ)1/2≈V(tΔt)1/2-----(3) 而A.J.Berkout认为，反映界面特性的重要变化可以集中在反射时间增长八分之一波长的范围内，即： FB=2[(Z+λ/8)2-Z2]1/2≈(λZ)1/2≈V(tΔt/2)1/2--------------------(4) 可见横向分辨率跟目标的埋深与脉冲波长乘积有关，或者跟反射时间与脉宽的乘积有关。用Berkout标准比用Sheriff标准确定的分辨率高一些。
观测点 6
（图5）菲涅尔带示意图 所有以上讨论的分辨率都是基于纯讯号波的理论分析，然而实际所接收的雷达波数据大多混杂有噪音。噪音将严重影响分辨率，所以提高分辨率的第一步是去噪，最大限度地提高讯噪比。 提高讯噪比的主要手段是各类滤波器，一般地质雷达都具备两类滤波器：
频率滤波（垂向滤波器）： 1、IIR（无限长脉冲响应） 类似于模拟滤波器，有反馈，相位非线性； 2、FIR（有限长脉冲响应） 相位线性，稳定 3、TRIANG（三角形滤波） 波数滤波（水平滤波器）： 1、平滑滤波----------IIR和矩形 2、去背景滤波-------IIR和矩形
Z 7
（图6）GSSI-3102 100MHz天线滤波前后数据对比图： 上左为原始数据，空气层的振铃现象和高频噪音干扰使雷达反射讯号无法辨认，上右为原始数据的波谱图，下左是经过滤波处理后，尤其是经水平去背景滤波后，讯噪比提高，反射讯号显示出地层起伏变化，下右是滤波处理后的波谱图。
另一种直接提高垂向分辨率的处理手段是反褶积，它的功能是拓宽频带改造脉冲波形（图7），有：尖脉冲反褶积; 整形滤波; 预测反褶积 8 （图7）上图为一条河流底部的雷达反射原始资料，下图为滤波和反褶积处
理后的资料（可见波纹线变得精细，杂乱的水平干扰也消失了，垂向分辨率大大提高。
提高横向分辨率的主要手段是偏移归位，有： 克希霍夫偏移——从惠更斯原理出发，实现真振幅恢复偏移归位 有限差分偏移 频率—波数偏移——通过富氏变换实现快速偏移归位 图8为偏移前后数据对比。 9
（图8）偏移后混凝土中钢筋绕射波消失，聚焦成为反映钢筋截面的一个点 最后应该说明，滤波、反褶积和偏移这三种处理手段彼此虽然独立，但又相互密切关联，譬如垂向和横向分辨率，一个改变了，另一个也随之改变，有人认为垂向分辨率ΔZ是横向分辨率的函数，ΔZ=ΔX/sinα, α为偏移角。因此研究两者的定量关系也是很重要的。 至于分辨率跟噪音的关系前面已经讲述，这里要着重讲一下有人也称反褶积和偏移处理为垂向和横向反滤波，这种称呼反映了这两种处理方法都有增加噪音的倾向，它是对滤波的一种反处理，所以通常在作了反褶积和偏移之后总要注意再作一次适当的滤波。
地质雷达检测的分辨率一直是大家十分重视但又众说不一，分歧比较大的问题。鉴于这是一种新兴的探测方法，国内外都缺乏深入系统的研究，以上所述主要还是借用地震勘探中关于子波的探讨理论，但就波传导的实质来讲应该是一样的。 1） 分辨率乃是区分两个靠得很近的异常的能力，它有垂向分辨率和横向分辨率之分，两者既独立又相关； 2） 分辨率跟脉冲讯号的长短密切相关，而这又取决于通频带，由于 10
雷达天线的设计带宽通常为1-2倍主频，所以脉宽跟主频的一个波长λ或一个周期T相当； 3） 垂向分辨率有两个标准：按瑞雷标准为λ/4或T/4；如果按怀特标准则为λ/8或T/8； 4） 横向分辨率也有两种标准：按Sheriff标准为(2Zλ)1/2,其中Z是目标深度，如果按Brokout标准则为(Zλ)1/2，它们都跟目标的埋藏深度有关； 5） 对于连续界面，分辨率的问题又跟精度相关，通常为λ/30； 6） 分辨率除了本质上决定于脉冲宽度以外，它又跟讯噪比和讯号的质量有关，因此通过数字处理可以最大限度地提高分辨率，反褶积是提高时间分辨率的手段，偏移是提高横向空间分辨率的手段。 鉴于本人水平和所掌握的资料有限，以上讨论必然相当粗浅，或有谬误，也在所难免。旨在抛砖引玉，引起同行们兴趣，共同讨论，提高应用地质雷达的水准。
参考文献 1、OZDOGEN Yilmaz “Seismic Data Processing” 1997. 2、Sheriff, R.E.1978. “A First Course in Geophysical Exploration and Interpretation”. 3、杰佛瑞.J.丹尼尔“透地雷达的基础”1993.5，中国地质勘查设计院。 4、C. Peter F Ulriksen “Application of Impulse Radar to Civil Engineering” 1982.
