三维探地雷达原理

三维探地雷达原理

国产探地雷达（GPR）是一种利用高频电磁波探测地下物体的电子设备，其工作原理是利用天线发射高频电磁波，当这些波遇到地下介质电性差异的界面时，会产生反射波，通过接收天线接收这些反射波并进行处理，从而揭示地下结构和目标物体，是一种可探测地下目标的有效手段，是一种无损探测技术，探测速度快，操作方便灵活，应用于许多工程勘察领域。

探地雷达是由发射天线不断发射电磁波，电磁波可以穿透地下介质，但是对于不同的介质，它的介电常数不同。电磁波在地下传播，在介质层交界面发生反射和折射，接收天线接收多道反射回波(A-Scan信号)，经过信号处理组成B-Scan图像，从而实现对不同目标体的检测、识别、定位等功能。（见下图）

探地雷达接收信号实际上是雷达发射的电磁波信号在道面介质层结构传输过程中，在各个介质层交界面反射信号的叠加。每个交界面上的反射信号对应一个波峰，即接收信号是由一系列的波峰组成，且由于介质层对在其中传输的电磁波的衰减作用，导致接收天线接收回波信号的各个波峰幅值是依次减小的。

探地雷达反射是一个椭圆锥体，其顶点位于天线的中心，使探测器能够检测物体的倾斜方向。其次，双向时间(即电磁波从发射天线到物体，再从物体到接收天线的时间段)由探地雷达记录并绘制在天线测量信号正下方的雷达扫描中。因此，当探地雷达先靠近然后远离埋藏的物体时，反射在雷达扫描中形成双曲线。双曲线的顶点可以计算出目标物体的实际位置。一个双向时间绘制的图像称为A-scan，而多个A-scan汇集处理成B-scan图像。（见下图）

探地雷达的优势在于其非破坏性、高精度、高效率的探测能力，且无需挖掘即可可视化地下结构。随着技术的发展，探地雷达在数据处理和解释软件方面也取得了显著进步，能够提供实时的三维成像和分析，大大提高了探测的自动化水平和准确性。