探地雷达信号的KL变换处理分析

实测探地雷达记录中存在大量的噪声干扰,有时致使目标信号难以分辨,为提高雷达剖面的信噪比,主要探讨KL变换在消除干扰噪声方面的有效性.在说明KL变换原理的基础上,通过Matlab软件进行编程计算,对时域有限差分法获得的探地雷达模拟剖面和现场实测雷达数据进行处理;再对处理前后的雷达图像进行对比分析.经过处理分析可知,KL变换可压制模拟数据中边界反射信号和棱角点的绕射波、抑制和消除实测雷达剖面中的高频杂波噪声信号,从而突出有效信号,增强有效信号的相对强度,这提高了探地雷达剖面的分辨率和反演解释精度.     

基于小波多分辨探地雷达逆时偏移处理

从Maxwell方程出发,利用导出的多分辨分解理论与中心差分格式,推导出小波多分辨探地雷达逆时偏移处理算法,并开发了相应的处理程序.与常规的Kirchhoff积分偏移法、15°有限差分偏移法处理后的雷达资料相比较,小波多分辨探地雷达逆时偏移处理算法具有对反射波归位准确、偏移结果精度高、成像效果好、无偏移倾角限制、对噪声具有很强适应能力的优点,可大幅度提高雷达剖面的分辨率,更好地指导探地雷达剖面的地质解释.     

隧道衬砌空洞的探地雷达图谱特征研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,获得形象直观的探测图像,在公路隧道衬砌空洞检测中获得了广泛的应用.然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,因此探地雷达空洞图谱的辨识还存在一定的问题.据此,通过空洞模型实验和隧道衬砌空洞现场实验,研究了模型空洞和公路隧道衬砌实测空洞的探地雷达图谱特征.在对实验数据及图像进行全面分析和对比之后,得到空洞探地雷达图谱的特征,据此提高隧道衬砌空洞探地雷达图谱的判读精度.     

探地雷达物理模拟相似性准则及监测油气污染试验

利用探地雷达研究油气污染问题是探地雷达应用研究的前沿课题之一。在推导雷达波模型实验的相似性准则的基础上，制作 了砂质模型，并以原油为污染材料进行了探地雷达监测油气污染的模型实验。证明探地雷达方法方法能有效地解决油污染的范围和油气污染的强度问题。同时为开展一步实验和野外工作提供了指导。     

基于GPR和WBD电法的复垦地水分探测

探地雷达是中尺度范围内探测浅地表土壤含水率的一种重要技术手段,为解决单独利用雷达波图像很难确定土壤分层界面的问题,探索将探地雷达和网络并行电法相结合,对煤矸石充填复垦地土壤剖面和含水率分布特征进行研究.对10～40cm深度土壤剖面,以2cm为间隔,在雷达数据中提取不同土壤深度的双程走时,计算其传播速度与不同深度土壤的介...     

拉东变换在探地雷达资料处理中的应用

为了消除探地雷达剖面中存在的旁侧影响、“X”形同相轴等线段形干扰，把拉东变换引入到探地雷达资料处理中．通过原理的分析和对水平线性同相轴经离散拉东变换后数据的特征深入研究，建立了水平线性同相轴的振幅大小以及波形曲线与变换结果中心条带数据之间的关系．通过对这种关系的拓展和应用，提出了雷达剖面上线段形干扰特征提取和消除改进的离散拉东变换的方法技术．理论模型实验和实际资料的处理结果都说明了方法的有效性和优越性．     

探地雷达应用于植物粗根探测的研究进展

应用探地雷达开展植物粗根探测始于1999年,经过15年的验证与发展,其粗根探测的有效性和精度已在不同探测物种和不同实验条件下得以证实。作为一种非侵入性的地球物理探测手段,探地雷达探测粗根的方法不但克服了传统根系调查耗时费力且破坏性较大的限制,并使得野外大面积重复性粗根观测成为可能。近几年,探地雷达粗根探测在粗根雷达信号正演模拟方法的建立,影响粗根探测精度的敏感因素分析,粗根生物量反演方法的改进和根系三维结构的重建等方面取得了进展,完善了探地雷达探测粗根的方法和流程,拓展了非侵入性根系探测的研究范围。随着探地雷达系统、数据处理软件和雷达数据采集方式的进一步改进,探地雷达在根系探测领域必将展示出更大的潜力。     

三维探地雷达在城市市政管线渗漏探测中的应用

以城市给排水管网基地测试管道为对象,针对一根埋深0.6 m,直径100 mm水管,通过现场实验探讨三维探地雷达(GPR)探测管线渗漏的可行性。实验中在渗漏点附近沿垂直于管线方向布设了31条平行测线,采集了C扫描雷达数据。对比渗漏前后的二维雷达剖面以及雷达数据三维偏移成像图可知,三维探地雷达可更加有效地探测和识别地下目标几何形态,判断由于地下水管渗漏形成的周围土壤浸润区的范围和大小,从而确定渗漏位置。     

探地雷达的正演模拟及有限差分波动方程偏移处理

利用麦克斯韦方程和有限差分法, 推导出雷达波的二维有限差分正演方程组, 并运用该正演方程对＂V＂字形地电模型和同一斜面上的5个圆的地电模型进行正演合成, 得到其相应的正演合成剖面;把该正演合成的剖面与实际模型相比, 得出正演合成图与实际模型的示意图在形状上有一定的差别, 这是剖面中异常点处的绕射波所致;为了提高雷达资料的解释精度, 对正演合成的雷达剖面进行后处理, 运用雷达上行波反向外推有限差分偏移法, 对2个正演合成的雷达剖面进行偏移处理, 通过对比偏移处理前后的雷达正演剖面, 采用有限差分偏移法能使雷达正演剖面中的反射波归位, 绕射波收敛, 从而大大提高了雷达正演剖面的分辨率, 有利于探地雷达剖面的地质解释和验证偏移方法的有效性.     

探地雷达检测混凝土含水率试验研究

混凝土含水率对混凝土材料和结构性能有很大影响,但其无损检测技术不能满足实际需要.雷达电磁波的传播速度主要由材料介电常数决定,而影响混凝土材料介电常数主要是其含水率.本文对探地雷达检测混凝土含水率技术进行研究,采用干燥法得到混凝土试块含水率,利用探地雷达测得雷达波在混凝土板中的波速,得到了探地雷达波速和混凝土含水率的关系,发现探地雷达波速和混凝土含水率具有良好的线性关系.     

基于探地雷达的水库坝基渗漏正演模拟

水库坝基渗水将带来溃堤的风险,造成水资源浪费及生命财产的损失,针对现有技术无法确定坝体渗水洞坐标的实际情况,提出采用探地雷达对坝体进行日常检测。利用时域有限差分法(FDTD)对在二维空间进行FDTD按照Yee氏网格离散处理的原理,得到其电磁分布方程,基于水库坝基的实际构造,建立了空气层、混凝土层、黏土层及两个渗水洞的理想模型,并依据理想模型建立了带有石灰岩干扰点的混凝土层干扰模型。利用MATLAB实现系统架构,并进行正演模拟。结果显示:探地雷达可以用于较深目标体探测,通过改变探地雷达电磁波中心频率,并对比50,100和200MHz三种频率雷达电磁波的检测频谱,又对带干扰模型进行了模拟,验证了100MHz频率雷达电磁波,用于复杂地形的检测效果更优。     

石英砂岩体的地质雷达波频谱特征

经过岩土体介质反射回的地质雷达波特征携带了所穿透的岩土体内部的相关信息,其中地质雷达波频谱主频值可以作为判断岩土体结构特征的一个定量指标. 以围岩为石英砂岩的公路隧道工程为依托,采用MALA地质雷达配100 MHz屏蔽天线,对隧道掌子面前方的石英砂岩体进行超前地质探测试验,分析典型的Ⅴ级、Ⅳ级和Ⅲ级石英砂岩围岩的雷达波形图图像特征和雷达波在岩体介质中传播的傅里叶频谱特征. 通过分析现场试验数据,得出岩体介质的雷达波主频值因自身结构特征和周边环境变化而在一定的敏感频率区间内的规律. 对比分析研究结果与工程开挖实际,表明通过分析超前地质探测获得的雷达波傅里叶频谱主频值特征来反演识别围岩结构特征是切实可行的.     

路面材料介电常数非均匀模型雷达电磁波模拟

针对实际路面材料颗粒的随机分布特点以及离散颗粒对电磁波的散射事实,建立了半空间路面雷达电磁波一维时域有限差分(1D-FDTD)方程,实现了沥青路面材料均匀和非均匀介电常数两种模型的空气耦合天线雷达电磁波正演模拟,并对以上两种模拟波与实测波形进行了对比分析.结果表明:路面材料的非均匀介电常数模型更加符合工程实际,为路面雷达进一步精确检测厚度及其他应用提供了新的方法.     

多层介质中路面雷达电磁波传播数值模拟

针对高效、快速、连续、无损的路面雷达应用技术存在的问题,研究了路面雷达电磁波在多层介质中的传播规律,基于电磁波理论的基本原理,从Maxwell方程着手,建立了雷达电磁波在路面结构体系中的传播模型,该模型考虑了介质介电常数虚部的贡献,理论上更加严谨,并更接近于道路工程实际,应用该模型,模拟合成了多层路面结构体系中雷达电磁波的反射信号,将其与实测信号对比,验证了所建立模拟方法的正确性和适用性。     

路基下目标体的路面雷达电磁波模拟与分析

为准确分析路基下不同目标体的路面雷达电磁波回波特性,采用二维时域有限差分方法(2D-FDTD),对路基金属及空洞目标体的路面雷达电磁波进行了正演模拟,分析了路基媒质的介电常数、目标体的埋深、形状等对路面雷达反射波的影响.在目标体周围路基介质介电常数为非均匀分布情况下,对该实验正演模拟结果与实测结果进行对比.结果表明,模拟结果与实测结果吻合较好,验证了该正演模拟方法的正确性.     

FDTD modeling of transient scattering by subsurface targets

In this paper, a two-dimensional (2-D) finitedifference time-domain method (FDTD) scheme is used to simulate the transient scattering characteristics of buried objects, which are modeled by columns of arbitrary permittivities, conductivities, and sizes. The FDTD soil is modeled by isotropic, homogeneous and lossy media. The standing-traveling wave boundary condition (STWBC) that can simplify calculation and save CPU storage is used for modeling physical absorbers inside the FDTD computational dornairL Reflection of electromagnetic pulses incident on a layered medium and transient scattering by the ground and an underground airsqu are cylinder are computed. These results verify the validity of the FDTD scheme by comparisons with those shown in some references. Numerical results presented in the final part of this paper are desirable and meaningful, explicitly distinguishing echo waves stemming from the ground and the buried ohjects.     

隧道人工冻土帷幕边界雷达探测试验分析

在分析冻结法施工过程中冻土帷幕边界的传统判定方法优缺点，以及比较冻结土体与天然土体电性差异的基础上，结合上海复兴东路隧道联络通道的施工，开展了采用探地雷达方法对人工冻土帷幕边界进行判定的试验．通过正演模型试验了解了冻土边界的雷达反射波波形、振幅及相位特征；对实测雷达剖面进行非线性滤波处理，以消除隧道内的电磁干扰，并通过追踪同相轴判定冻土边界．雷达剖面解释结果与由测温孔监测资料推算出的温度场分布所反映的冻土边界能够较好地吻合，可以弥补测温法中测温孔数量少、元件损伤而导致数据丢失的缺陷．     

用探地雷达技术探测堤坝的隐患

探地雷达技术是根据电磁波在不同介质中传播特性不同的原理工作的,具有快捷、无损、连续测量和经济等优点,是目前病险库调查、坝体及截渗体隐患探测的良好手段。文章结合水库大坝隐患的探地雷达探测实例,介绍了用探地雷达技术探测涵洞形状及埋深、跌窝形态及发展趋势、截渗体形态及完整性的方法和成果,提出了土坝中电磁波波速的取值范围及选用天线的频率与探测深度、分辨率的相互关系,并揭示了土坝中不同隐患的雷达波特征。     

基于雷达信号特征点提取的结构物埋深估算方法

为了克服经验法推算结构物埋深的缺陷,基于检测对象的雷达反射波形特征,通过提取反射波形上的少量特征点,提出一种估算结构物埋深的新方法,并考虑实际检测中结构物反射波形的畸变,对估算精度进行分析评价.结果表明:对于理想的无畸变检测数据,该方法对结构物埋深、水平位置及电磁波速的估算结果较为精确;当反射波形存在畸变时,该方法对埋深的直接估算结果误差较大,平均误差达到55.202％,但对于电磁波速的估算结果较为精确;对于实测的有畸变检测数据,可通过电磁波速估算结果及测得的目标体双程旅时对埋深进行间接估算,估算精度满足雷达法检测对埋深估算的要求.相比经验法,该方法在估算精度、误差控制方面具有显著优势.     

基于三角形剖分的复杂GPR模型有限元法正演模拟

针对基于矩形网格剖分的时域有限差分法(FDTD)和有限单元法(FEM),对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的模型适应性差的问题,从雷达波所满足的Maxwell方程出发,推导探地雷达(GPR)有限元波动方程,通过采用三角形网格剖分和线性插值基函数,在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,应用Galerkin有限单元法求解GPR波波动方程;同时为消除FEM进行GPR正演模拟时来自截断边界处的超强反射,采用透射边界条件把GPR波在截断边界处的反射波透射出去,进而压制来自截断边界处的反射波。然后,编制GPR有限元正演模拟的Matlab程序。应用该程序分别对起伏分界面、"V"字形2个复杂地电模型进行FEM正演模拟,得到基于三角形网格剖分的FEM正演模拟GPR剖面图,并把该正演模拟剖面图与常规的基于矩形剖分的FEM正演模拟剖面图进行对比,结果表明:基于三角形剖分的FEM对于复杂GPR模型的物性参数分界面拟合更好,其模拟所得的正演剖面与实际模型更相符,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译。