地质雷达理论及应用1904年，德国的Hulsemeyer首次尝试用电磁波信号来探测远距离地面金属体，这便是探地雷达的雏形。1910年，G.Letmbach和H.Lowy在一项德国专利中指出，用埋设在一组钻孔中的偶极天线探测地下相对高导电性的区域，正式提出了探地雷达的概念。1926年，德国的Httlsenberg第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，并指出电磁波在介电常数不同的介质交界面上会产生反射，这个结论也成为了探地雷达研究领域的一条基本理论依据。1929年Stern进行地质雷达的首次实际应用，他用无线电干涉法测量冰川的厚度。cook在1960年用脉冲雷达在矿井中做了试验。但是地下介质比空气对电磁波有更强的衰减特性，其传播规律比在空气中也要复杂的多，而早期地质雷达频率一般比较低，应用仅局限于对电磁波吸收很弱的诸如冰层、岩盐等介质中。随着现代应用电子技术的高速发展和人们对电磁波认识进一步加深，地质雷达的应用范围从低耗散介质扩展到土层、岩层、混凝土等有耗散介质中，例如：地质勘查、考古、无损检测、管线探测以及建筑结构调查等。非屏蔽天线可应用于：基岩探测、地质分层、岩熔及空洞探测、湖(河)底形态调查、隧道超前探测、坝体深部探测、古墓及其它未知物探测、冰川调查、滑坡调查等土木建筑、地质学及水文地质学方面。探地雷达（GroundPenetratingRadar）是一种高科技的地球物理探测仪器，目前已经广泛的应用于高速公路，机场的路面质量检测；隧道，桥梁，水库大坝检测；地下管线，地下建筑的检测等诸多的工程领域。探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接受来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形资料，可推断地下介质的分布情况。一、基本原理图1地质雷达探测原理示意图图中T为发射天线,R为接收天线,两者间距为X,H为反射点的埋深。波从T出发,按几何光学原理经。返回地面到达的时间为。设电磁波在介质中的传播速度为。由简单的几何关系可得出当地下介质中的波速v为已知时，可根据精确测得的走时t，由公式求得目标体的深度H。式中x值即收发距，在剖面测量中是固定的；v值可用宽角法直接测量，也可以根据近似计算公式计算：介质波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑色和白色表示，或以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线，即可形象地表征出地下反射界面。在波形记录上，各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。发射天线发射电磁波穿透地下介质穿透深度取决于介质的介电常数和电导率记录反射时间介质中电磁波速度一般在50-150m/µs工作模式:反射（多数情况下使用）透射（层析成像、雷达CT,钻孔雷达或对穿探测）发射天线发射电磁波穿透地下介质穿透深度取决于介质的介电常数和电导率记录反射时间介质中电磁波速度一般在50-150m/µs工作模式:反射（多数情况下使用）透射（层析成像、雷达CT,钻孔雷达或对穿探测）GPR工作方法–反射GPR方法-反射GPR工作方法–层析成像(钻孔雷达)二、地下介质的电特性电特性传导电流:Jc=sEs=电导率(S/m)s=1/r(电阻率,Wm)电导率是一个物体传导电流的能力（或电荷在介质中流动的难易程度。如:-电子在金属板内-水中离子的移动GPR信号的穿透深度与土壤的导电率有关(低致金属目标体):土壤中的水含量与电导率关于电导率和GPR探测的有用建议:当地下介质的电导率小于10mS/m(或大于100Ohmm),GPR方法通常会得到好的结果当地下介质的电阻率小于30Ohmm),GPR方法无法应用极化电流:D=eEe=介电常数(F/m)er=e/e自由空间(标量)相对介电常数的值表示将介质中电荷分开的力。如:-分子偶极子的移动一些分子的特性-金属物体中的电荷嵌在周围环境内相对介电常数和GPR信号速度的关系:相对介电常数和“足印”的关系:“足印”定义为探测的“有效区域”反射系数:电磁波反射是由地下土壤中电阻抗的变化产生的。对GPR频率范围，地下介质的阻抗变化主要由相对介电常数的变化决定的。当Pr>0.01时就能有足够的反射三、探地雷达常用词汇的含义接收机接收的信号采样频率：最好大于天线中心频率的10倍（一定不要小于6倍），一般达到20倍就足够了，再增加采样频率信号也不会改善。时间窗/样点数：时间窗根据你准备探测的深度确定，最好比你期望的探测深度大30%。要增大时间窗，最好的办法是增