探地雷达探测地下管线技术与应用实例

第１８卷ｌ期

２００６年２月

文章编号：１００４－９１７７（２００６）０１珈０６０—０４

中国煤田地质

ＣＯＡＬＧＥＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ

Ｖ０１．１８Ｎｏ．１Ｆｅｂ．

２００６

探地雷达探测地下管线技术与应用实例

丁海超１，王万顺２，吕

（１．商丘市规划勘测建筑设计院，河南

莉２

商丘４７６０００；２．河南省地球物理工程勘察院，河南新乡４５３００）

摘要：根据探地雷达的探测原理及技术参数影响因素，提出了工作频率的选择方法。以广州和商丘两地的两个探测实例，介绍了如何根据管径、埋深确定天线频率、天线距、采样点距、时窗等探地雷达技术参数；并选择已知埋深的管线，对波速进行实地测定，以便在探地雷达剖面上对目标体的埋深作出精确解释。关键词：探地雷达；分辨率；地下管线中图分类号：Ｐ６３１．５１

文献标识码：Ａ

探地雷达基本原理及特点

探地雷达由发射天线Ｔ将高频电磁波（主频为

１．１探地雷达基本原理

１０６～１０９Ｈｚ）以宽频带脉冲形式送入地下，经地下目标体或不同电磁性质的介质分界面反射后返回地面，为另一接收天线Ｒ所接收（图１）。探地雷达的观测方式有多种，若发射天线固定不动，接收天线沿侧线移动，并逐点接收来自反射界面的反射回波，则回波走时与天线距之间满足如下关系：

Ｊ

Ｔ＇．Ｉ＿—一———————◆Ｒ

￡：上饭２十如２，（１）

秽

式中：＂——电磁波在地

下介质中的波速；

ｚ——为反射点Ａ

图１

雷达探测原理示意图

Ｆｉｇｕｒｅ

２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ

ｄｉａｇｒａｍｏｆ

ｒａｄａｒ

ｇｒｏｕｎｄ

ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ

的法线深度。

显然，回波走时与天线距之间的关系为双曲线。对于零天线距的单置式天线而言，即

偏移归位问题。１．２探地雷达的特点

ｒｅｃｏｒｄ

Ｆｉｇｕｒｅ１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆ

ｇｒｏｕｎｄ

ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｒａｄａｒ

ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ

目前，国内外已经推出的探地雷达仪器有美国地球物理探测设备公司的ＳＩＲ系列，加拿大探头及软件公司的ＰｕｌｓｅＥＫＫＯ系列以及国产的ＬＴＤ一３等。这些探地雷达所使用的中心工作频率为１０～

１

天线距ｘ＝Ｏ，同点激发并接收，则自激自收时间为：

￡＝勉／ｖ，

（２）

当地下介质中的波速秽为已知时，则可根据天线距（已知）石和记录回波走时ｔ值（ｕｓ，ｌｎｓ＝１０－９Ｓ），由式（１）或（２）可求出反射体的埋深。

图２为一地质模型及其对应的雷达记录示意图。在雷达剖面上，可直观地观察地下反射界面的形态及深度变化。当然，对于倾斜的反射界面，其反射同相轴与地震反射剖面一样，也同样存在着偏移与

作者简介：丁海超（１９７ｌ一），男，测绘工程师，副院长，１９９５年毕业于

０００ＭＨｚ，时窗为０－２００００ｎｓ，探测深度约为０．３～

５０ｍ，分辨率可高达数厘米，深度符合率小于＋５ｅｒａ。由于探地雷达采用了宽频短脉冲和高采样率，并使用了程序高次叠加（多达４０００次）和多波形处理等信号恢复技术，使其探测分辨率、信噪比及图像显示性能高于所有其他地球物理探测手段。

探地雷达主要有以下技术特点：④探地雷达是

一种无损探测技术，可以安全地用于城市和正在建设中的工程现场，对工作场地观测条件的要求也较

焦作工学院．现从事测绘、管线探测、规划及地理信息管

理工作。

收稿日期：２００５—１１－１２

为宽松；②抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰影响小；③分辨率高，探测深

责任编辑：孙常长

１期

丁海超，等：探地雷达探测地下管线技术与应用实例

６１

度可满足大多数工作要求，可现场提供实时剖面记录，雷达图象直观、清晰；④数据采集、记录、存贮和处理均由微机控制，工作效率高；⑤当地表为良导厚

层情况时，由于电磁能量的强烈衰减，使探测深度受到影响。

２探地雷达探测地下管线的方法与技术

２：１探地雷达探测地下管线的观测方法

探地雷达的观测方法主使用反射法，反射法可分为剖面法、宽角法和多天线法等。２．１．１剖面法

这种方法的特点是发射天线（Ｔ）和接收天线（Ｒ）的间距（称为收发距或天线距）固定，沿测线同

步移动逐点测量的一种方式。天线距由式ｄ。＝２Ｄ／

、／￡．１（Ｄ为目标体埋深）计算；测点间距应小于波

长的１／４。记录点位于Ｔ和Ｒ的中点，发射天线和接收天线在每一测点都可以得到一个记录。当发射天

线与接收天线沿着测线同步移动时，就能得到由一

个个记录组成的探地雷达剖面图象。在剖面图象上，横坐标为测点位置，纵坐标为雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射后返回到接收天线的双程走时。

２．１．２宽角法

采用一个天线在地面上某一点固定不动，另一个天线沿着测线移动的方式，或者发射与接收两个天线同时由一中心点向两侧沿测线反方向移动，记录脉冲电磁波在地下各个不同层面反射波的双程走时，这种观测方法称为宽角法。它可以用来求取地层的波速以及反射界面的深度。２．１．３多天线法

多天线法是利用多个天线（或天线对）进行测量

的多道雷达系统。每道既可使用具有相同频率的天

线，也可使用不同频率的天线ｊ每一道的参数既可单独设置，也可统一设置。

多道雷达系统一般有两种工作方式。一种为顺序方式，即逐道扫描，所得到的各道扫描使得一次测量就足以覆盖较大的面积，从而提高了工作效率；或

者把多次扫描结果叠加在一起，以提高系统的信噪比。在采样过程中，各道采样在时间上相互错开，以

保证相邻道信号互不影响。另一种为同步方式，即各

道同时扫描，利用时间延迟器延迟各道信号的发射

和接收时间，可以形成一个合成雷达记录，使天线的方向特性得到改善。

但是，当采用多天线法进行工作时，因直达波在天线之间的多次反射可能会引起较强的干扰，所以

应采取一定措施加以克服才行。

２．２探地雷达探测地下管线的技术参数

应用探地雷达探测地下管线技术成功与否，取决于探地雷达各项技术参数选择是否合理

２．２．１探测深度

探测深度（或探测距离）是指探地雷达能够探测到目标体的最大深度。这是雷达探地领域中一个重

要的问题。根据雷达探距公式

、２

一Ｒｒ

ＷＲ－ＷｒⅣｌＧ。％ＧｓＧ，Ｎ—与了ｅ’

６４叮ｒ

ｒ

所表达的能量传送过程，可以看出决定雷达探测深度的因素以及增大探测深度的技术途径。为了增大探测深度，应采取以下措施：提高发射机的输出功率；减小收发系统的噪声电平，特别是系统各部分之间的失配反射及各种杂散的电磁干扰，并降低接收机的噪声电平；改善收发天线的性能；降低天线的工作频率等。．２．２．２分辨率

分辨率就是指区分两个以上目标体或识别小目标体的能力。探地雷达的分辨率又分为纵向（即垂直）分辨率和横向（即水平）分辨率。影响分辨率的主要因素有以下几个方面。

①主频和频带宽 …… 此处隐藏：4888字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……