天线的作用与结构类型
50MHz非屏蔽天线
100MHz非屏蔽天线
250MHz屏蔽天线
50MHz非屏蔽鞭状天线
100MHz屏蔽双体天线
1.0G喇叭桩天线
天线的作用与结构类型
120MHz钻孔天线
天线的电流分布与辐射场
天线的电流分布与辐射场
屏蔽天线辐射的方向性与屏蔽结构有关，以GSSI公司的100MHz 屏蔽天线为例，其辐射角前后90°，左右60°。辐射能量较为集中，
能流密度较大，有利于增大探测深度。 电磁波中电场的极方化向在传播方向与天线轴组成的平面内，磁场的极化 方向与该平面垂直。
E
前后方向
左右方向
天线频率与频带
雷达脉冲与子波
触发波形
天线发射波形
雷达脉冲与子波
雷达探测深度
雷达的水平ห้องสมุดไป่ตู้辨率
• 根据Fresnel(菲涅尔)原理，菲涅尔带中心垂直反射与边缘 反射的波程差为λ/2，菲涅尔带半径df为： df=(hλ/2+λ2/16)1/2 水平分辨率应为菲涅尔带半径的1/2。 • 假定雷达波以锥面形式向下传播，物体上表面将大部分能 量反射回来，则水平分辨率可根据下式估算： Rf= (λh+λ/4)1/2 Rf :圆柱半径, λ：电磁波长，h：柱体顶面埋深。 • 从上述公式中可以看出，水平分辨率与埋深及波长有关， 而波长是由天线频率和介质波速决定的。下表中列出了三 种常用频率天线探测典型工程介质时的水平分辨率。
雷达的水平分辨率
雷达的垂直分辨率
• 分辨率定义为雷达所能探测到的物体的最小尺度。垂向分辨率是能探 测到的物体的垂向最小尺度。按波的干涉理论，物体上下界面反射波 最小可识别双向波程差为λ/4--λ/8，因而垂向分辨率RV 与工作频率有 关： RV=λ/8--λ/4 • 根据散射理论和有照射长度的最新研究结果，垂向分辨率应为半波 长： RV / 2 • 根据应用实践，分辨率与深度有关，随着深度h的增大，分辨率降低。 可用下式估算垂向分辨率RV。 RV= 0.08*h 0<h<3m； RV= 0.5*h 3≦h； • 在湿砂土中埋设的直径6cm管子难于探出来，9cm的管子应该可以探 出来。
举例
下图是使用300MHz天线，岩土介质介电常数为9的条 件下的垂向分辨率随深度的变化。
雷达记录信号的传输
• 雷达天线接收到的反射信号如何传输到记录器并 将其记录下来。目前国内外的雷达就此分两种不 同的方式。一类是天线接收到的电磁波信号直接 送回到计算机，在计算机里完成数值采样，并进 行储存。象美国的GSSI公司的各种雷达、中国的 各种雷达多是这种方式。另一类是天线接收到信 号后立即进行数值采样，而将数值信号送回计算 机储存，加拿大的PULSE EKKO雷达就属于该类。 后者的优点是抗干扰性能好，便于长距离传输。
地质雷达仪器结构与特点
内容提纲
• • • • • • • • 控制、发射与接收 采样方式 天线的作用与结构类型 天线频率与频带 雷达脉冲与子波 雷达探测深度 雷达的水平与垂直分辨率 雷达记录信号的传输
控制、发射与接收
地质雷达构成示意图
采样方式
• 地质雷达的A/D转换是决定地质雷达技术指 标的核心部件，因为采样率非常高，采样 间隔在10-1-10-2ns之间，A/D转换的分辨 率与采样率矛盾突出，通常采用多次发射， 移位采样的方式达到提高采样率的目的。 A/D转换的分辨率有24Bit、16Bit和8Bit几种， 多数地质雷达采用16Bit和8Bit，目前还没 有见到24Bit的地质雷达。采用高频天线时 一般都采用8Bit工作方式。