探地雷达原理与应用PDF电子书下载

第1章 探地雷达起源及特点 1

1.1 探地雷达的基本概念 1

1.2 探地雷达的发展历史 1

1.3 探地雷达的优越性 5

1.4 探地雷达的局限性 6

1.5 探地雷达的发展趋势 6

1.6 探地雷达的应用 7

习题 8

参考文献 8

第2章 探地雷达的电磁基础 12

2.1 电磁波传播的基本规律 12

2.1.1 电磁波谱 12

2.1.2 麦克斯韦方程组 13

2.1.3 本构关系 14

2.1.4 探地雷达方法中电磁波的波动性 15

2.1.5 电磁波的横波性质 16

2.1.6 能流密度矢量 17

2.1.7 电磁位函数 18

2.2 平面电磁波 19

2.2.1 理想介质中的平面波 20

2.2.2 导电媒介中的平面波 24

2.2.3 平面波的极化 28

2.2.4 平面波的反射和透射 30

2.2.5 多层介质表面的正入射 37

2.2.6 电磁散射 39

2.2.7 色散和群速 42

习题 43

参考文献 43

第3章 介质的电性质及对电磁波传播参数的影响 44

3.1 介质的电性参数 44

3.1.1 介质的电导率 44

3.1.2 电介质的极化和介电常数 44

3.1.3 矿物的电性质 45

3.1.4 岩石的电导率与介电常数 46

3.1.5 土壤的电导率和介电常数 49

3.1.6 植被的介电常数 50

3.1.7 永久冻土的电性参数 51

3.1.8 人造介质的电性参数 51

3.2 介质电性参数和介质电性参数模型 52

3.2.1 介质介电常数与电磁场频率关系 52

3.2.2 探地雷达平台 53

3.2.3 混合介质的介电常数模型 54

3.2.4 介质的介电常数模型 55

3.3 电磁波传播参数与介质电性质的关系 57

3.3.1 电性参数对相速度的影响 57

3.2.2 电性参数对衰减系数的影响 59

习题 60

参考文献 60

第4章 探地雷达仪器系统和工作方法 62

4.1 探地雷达仪器和参数 62

4.1.1 探地雷达系统的信号调制方式 63

4.1.2 探地雷达系统的主要设计参数 65

4.2 时间域探地雷达 67

4.2.1 时间域探地雷达的基本原理 67

4.2.2 GSSI的SIR仪器系列的构成和技术指标 68

4.2.3 加拿大EKKO系列探地雷达 69

4.2.4 RAMAC/GPR探地雷达系统 70

4.2.5 中国电波传播研究所LTD-2100探地雷达 70

4.3 FMCW探地雷达 72

4.3.1 FMCW雷达探测的基本原理 72

4.3.2 FMCW探地雷达 74

4.4 步进频率探地雷达 78

4.4.1 步进频率探地雷达系统的基本原理 78

4.4.2 步进频率探地雷达系统设计方案 79

4.4.3 步进频率探地雷达实验系统 80

4.5 脉冲探地雷达和步进频率探地雷达的比较 81

习题 82

参考文献 83

第5章 探地雷达天线 85

5.1 天线基本元的辐射 85

5.1.1 近场区 86

5.1.2 远场区 87

5.1.3 中间区 88

5.2 天线的基本参数 89

5.2.1 效率 89

5.2.2 输入阻抗 90

5.2.3 辐射方向图（波瓣图） 90

5.2.4 方向系数 91

5.2.5 极化 92

5.2.6 增益系数 92

5.2.7 有效长度 93

5.2.8 工作频带宽度 94

5.2.9 天线的屏蔽 94

5.2.10 接收天线的电参数 95

5.3 探地雷达的天线类型及辐射形式 95

5.3.1 天线在探地雷达系统中的作用 95

5.3.2 简单的探地雷达辐射系统——线天线 96

5.3.3 从线性天线到圆锥形天线、领结形天线、圆柱形天线 98

5.4 常见探地雷达天线 99

5.4.1 5100型天线 100

5.4.2 3101D型天线 100

5.4.3 5103型天线 101

5.4.4 5106型天线 101

5.4.5 3207和3207A型天线 102

5.4.6 3200MLF型低频天线 102

5.4.7 Subecho-40和Subecho-70天线 102

5.4.8 4108型角形天线 103

习题 103

参考文献 103

第6章 探地雷达工作方法 104

6.1 探地雷达的测量方式 104

6.1.1 反射测量方式 104

6.1.2 折射测量方式 107

6.2 探地雷达野外测量设计 108

6.2.1 探地雷达适用性评价 108

6.2.2 目标体特性和测量参数选择 112

6.3 探地雷达野外资料评价与注意事项 118

6.3.1 资料的验收 118

6.3.2 实测中的注意事项及干扰消除方法 118

习题 119

参考文献 120

第7 章探地雷达的数值及物理模拟 120

7.1 射线追踪法 121

7.1.1 计算方法原理 121

7.1.2 收敛性问题 124

7.1.3 雷达波的衰减问题 124

7.1.4 数值模拟计算 124

7.1.5 应用实例 125

7.2 有限元法 126

7.2.1 雷达波和地震波之间运动学规律的对比 127

7.2.2 雷达波有限元正演模拟的实施 128

7.2.3 数值模拟 129

7.3 时间域有限差分法 131

7.3.1 FDTD基本原理 131

7.3.2 解的稳定性及数值色散 137

7.3.3 吸收边界条件 141

7.3.4 FDTD中的常用激励源 143

7.3.5 计算实例 149

7.4 模型实验 152

习题 156

参考文献 156

第8章 探地雷达数据处理 156

8.1 资料整理、数据处理技术要求 156

8.2 数据编辑 157

8.2.1 数据合并 157

8.2.2 废道剔除 157

8.2.3 测线方向一致化 157

8.2.4 漂移处理 157

8.3 常规处理 159

8.3.1 数字滤波的原理 159

8.3.2 反滤波（反褶积） 161

8.4 偏移处理 170

8.4.1 偏移归位的概念 170

8.4.2 绕射扫描叠加 171

8.4.3 相移偏移方法 171

8.4.4 基尔霍夫积分偏移方法原理 174

8.5 雷达图像的增强处理 175

8.5.1 振幅恢复 175

8.5.2 道内均衡 176

8.5.3 道间均衡 176

习题 177

参考文献 177

第9章 探地雷达数据解释 177

引言 177

9.1 探地雷达数据解释基础、流程和波形识别 178

9.2 典型目标体探地雷达异常特征 178

9.3 时间剖面的解释方法 182

9.3.1 反射层的拾取 182

9.3.2 时间剖面的解释 183

9.3.3 雷达波速度的求取 184

9.4 属性解释 187

9.5 频散介质一维反演 188

9.5.1 最小二乘反演方法的基本原理 189

9.5.2 反演算例 190

习题 192

参考文献 192

第10章 钻孔雷达 193

10.1 钻孔雷达的发展历史及现状 194

10.2 钻孔雷达的测量方式 194

10.2.1 单孔反射测量 196

10.2.2 跨孔测量 197

10.2.3 跨孔反射分析 197

10.2.4 层析成像分析 198

10.2.5 井-地测量（Surface-Borehole Survey） 198

10.3 钻孔雷达的数据处理 200

10.4 钻孔雷达的应用实例 209

10.4.1 南非深部金矿的探测 209

10.4.2 加拿大镍-铜矿的应用研究 211

10.4.3 确定煤层采空区 213

10.4.4 冰川学研究 215

10.4.5 水文地质特征 215

10.4.6 地下裂缝分布的探测 217

习题 220

参考文献 220

第11章 机载探地雷达 222

11.1 发展历史及现状 222

11.2 仪器系统及应用 227

习题 229

参考文献 229

第12章 工程探测应用 229

12.1 公路工程探测领域 229

12.1.1 公路病害检测 230

12.1.2 公路结构层厚度检测 233

12.1.3 掌子面前方地质超前预报 235

12.1.4 隧道衬砌质量检测 238

12.2 水利工程探测领域 242

12.2.1 堤坝蚁巢、洞穴的探地雷达探测 243

12.2.2 水坝渗漏通道探测 243

12.2.3 水下工程隐患探测 245

12.2.4 江堤滑塌成因探测 245

12.3 电力工程探测领域 246

12.3.1 不良地质现象探测 246

12.3.2 岩性界面划分 248

12.3.3 核电站选址勘察 249

12.3.4 灰坝渗漏探测 250

12.3.5 水电站坝基隐患探测 253

12.4 城市建设工程领域 254

12.4.1 地下管线探测 254

12.4.2 地下建筑结构物探测 255

习题 255

参考文献 256

第13章 水文地质领域 256

13.1 河道探测 256

13.1.1 古河道探测 256

13.1.2 河道堵塞现状探测 259

13.2 潜水面探测 260

13.3 水深探测 261

13.4 冻土层探测 262

13.5 落水洞探测 264

13.6 水下结构物探测 265

13.7 地下水污染探测 267

习题 269

参考文献 269

第14章 环境地质应用 269

14.1 地下岩溶探测 270

14.1.1 城市区域岩溶探测 270

14.1.2 铁路路基地下岩溶探测 271

14.2 采空区与洞穴探测 272

14.2.1 采空区探测 272

14.2.2 土洞与人防工程探测 274

14.3 滑坡探测 275

14.4 地裂缝探测 277

14.5 活动断层的探测与评价 278

14.6 垃圾掩埋场地选址与调查 280

14.7 地下废弃物调查 281

14.8 油气污染的监测 282

习题 283

参考文献 283

第15章 土壤和农业领域 283

15.1 测定土壤含水量 283

15.2 土壤层与基岩层深度探测 286

15.3 碱化层厚度探测 287

15.4 洪积扇区砾石层厚度探测 291

15.5 土壤污染探测 292

习题 293

参考文献 294

第16章 考古探测应用 294

16.1 遗址勘查 295

16.1.1 日本群马县浮石层下的遗址构造调查 295

16.1.2 古矿坑遗址探测 296

16.2 古墓勘查 297

16.2.1 日本南九州地下横墓穴 297

16.2.2 西都原古坟群第100号坟 299

16.2.3 西都原古坟群第111号坟 302

16.3 文物保护 303

16.3.1 古塔结构探测 303

16.3.2 云冈石窟维护探测 305

习题 305

参考文献 306

第17章 极地探测和星球探测应用 307

17.1 高山冰川 308

17.2 极地积雪 309

17.3 冰碛地层 310

17.4 冰架 311

17.5 裂隙 311

17.6 星球探测 312

17.6.1 月球探测 312

17.6.2 火星探测 314

习题 315

参考文献 315

第18章 地雷和未爆炸弹探测 316

18.1 地雷和未爆炸弹 316

18.1.1 地雷 316

18.1.2 未爆炸弹（UXO） 317

18.2 地雷和未爆炸弹探地雷达响应特征 317

18.2.1 极化特征 318

18.2.2 埋藏环境影响 320

18.2.3 杂波影响 320

18.3 专用探地雷达系统设计 321

18.3.1 工作频带 321

18.3.2 天线系统 322

18.3.3 系统稳定性 323

18.4 信号处理和成像 323

18.4.1 处理流程 323

18.4.2 探地雷达测量地表地形 326

18.4.3 多次覆盖提高信杂比 329

18.4.4 偏移成像 329

习题 331

参考文献 331