地质雷达数据处理

1、摘摘 要要 探地雷达数据表示方法 探地雷达数据解释的一般方法 设备保养、维护探地雷达图探地雷达图 它不是所测量介质的“图象” 有时候它能得到有关目标体复杂几何形态的信息 可对它进行如下分析（描述）: A 扫描 (一维) B 扫描 (二维) C 扫描 (三维)A 扫描类型可视化图扫描类型可视化图“A 扫描扫描” 可视化图可视化图 它是每种雷达数据表示法的基础 (单信号) 但是它对所测目标体的用处不是很大 探地雷达得到许多A扫描(扫)，用来“构建”雷达图 (B扫描) X轴上的值是时间(延迟)纵向处理纵向处理 假设扫描是独立的，我们把它应用于每一扫上。 它是“纵向”的解释(在Y方向上) 它是一种 “

2、非记忆性的” 处理(不受之前和以后的各扫影响) 它主要进行下面的处理: 高通滤波器 低通滤波器 带通滤波器 叠加 傅立叶变换 (信号的频谱)滤波器的定义滤波器的定义 有四种类型的滤波器:低 通 带 通高 通 带 阻 滤波器既可以用于时域，也可用于频域探地雷达中用到的滤波器探地雷达中用到的滤波器 一般我们使用FIR滤波器 (“有限长冲击响应”) FIR Y 频率域滤波器使分析更加困难 (图中的绿色曲线) 通常我们使用带通滤波器 (BP)用来去除低频成分用来减少高频噪声这表示 去除了对探地雷达来说“无用的无用的”成分叠叠 加加 用来减少无关的噪声干扰 增益值为10 log10(Ns), 这里Ns

3、是平均值 (叠加因子) 如果Ns = 10, 能量的衰减为 10dB 如果Ns = 100, 能量的衰减为 20 dB 传播深度上的增益仍然受限制 叠加过程一般由探地雷达自动进行处理傅立叶变换傅立叶变换 应用于单次扫描求值 在介质中传播减弱了不同的频率 设置滤波器的截止频率以去除无用的成分 一般我们在调频等幅类型的探地雷达中使用傅立叶变换, 除非是发射脉冲电磁波的探地雷达(如意锐雷达)B 扫描类型可视化图扫描类型可视化图B 扫描可视化图扫描可视化图 它被用于检测感兴趣的目标体 它是一种二维表示法 X轴上是扫描距离 Y轴上是回声延时 信号的振幅通常用颜色的变化 来表示 (点模式) 或用笛卡儿图来

4、表示 (线模式)水平处理水平处理 应用于所有的图象或图象的某些部分上. 这是水平方向的解释 (在x方向上) 它是一种 “记忆性”的处理 (计算所得的参数可以用于所有图象或图象的某些部分上) 它主要进行下面的处理: 土壤采样 背景噪音去除 (清除X) 线性增益 和 平滑增益 水平带通滤波器 (FIR X) 移植 MTI(偏移)滤波器 另外 估计传播速度“直达波直达波” 是最先到达接受天线的信号 (红色) 它沿着空气与地面的分界面 是探测中的无用信号, 但是它可用来校准零深度值 它的振幅能表明浅目标体的存在土壤采样土壤采样 它可用来校准零深度值 它使用的是主带, 因此应在去除前使用背景噪音去除背景

5、噪音去除 它用来对沿着扫描方向的中值进行偏移处理 (清除X) 它用来去除主带和由于天线和地面之间的缝隙而产生的水平噪声 (响声) 当存在伪水平层时不能使用该方法.平滑增益和线性增益平滑增益和线性增益 它用于补偿由于在介质中传播所造成的衰减 探地雷达所接收到的信号的变化范围很大 (从几伏特到几微伏), 因此必须进行压缩，以用有限数目的颜色种类来表示 人的眼睛很难区分256等级的灰度值 它需要压缩接收到信号的范围以观察振幅的微小变化 在RIS系统中, STC (线性增益) 应用于两个方面探地雷达信号的范围探地雷达信号的范围 用红线来表示 400 MHz天线接收到的中间能量的趋势 本例中有用信号的范

6、围大于 -70 dB (最大值和最小值的比大于 3000) 红色曲线的两个变化之间的联系可以用来估计穿透范围 蓝色曲线是由RIS系统计算出来，以用于线性 STC线性增益线性增益 这是平均化的第一步。 能量范围还没有被完全压缩 右图上的目标体比左图上的明显(颜色更深) 的多线性增益线性增益 红色曲线表示 400 MHz天线 接收到的中间能量的变化 蓝色曲线表示经过线性STC(调整增益)以后中间能量的变化 我们从图上可以看出蓝色曲线并不完全和 0 dB 值相一致 目标体的信号以灰阶的变化显示在上一页的左图中平滑增益平滑增益 这是平均化的第二步，也是最后一步。 能量范围现在已经完全被压缩了 (蓝色曲

7、线) 所有的目标体现在都在图上相当明显基本处理结果基本处理结果 标准处理顺序: 土壤采样, Y方向滤波, 清除X, 线性STC, 平滑STC水平水平 BP(带通带通)滤波器滤波器 (FIR X) 用于去除伪水平方向的噪声(在X扫描方向上) 截断“频率” (单位是 m-1)定义为我们所探测的目标体的最小和最大尺寸 例如, 设为从0.3 m-1到10 m-1, 即表示我们要探测的所有目标体的尺寸大于1/10=0.1m 小于 1/0.3=3.3m 必须小心选择截断频率的大小水平水平 BP(带通带通)滤波器滤波器 (FIR X)标准处理标准处理 +FIR X偏移偏移 它用于聚焦雷达图 它是一种从声学和

8、地震学借鉴过来的描述方法 在 RIS 系统中 它用于TD 偏移 (时间域), 即几何方面 它需要确切知道雷达波的传播速度 它受相近的目标体所产生的不同的双曲线干涉的影响 它可用于雷达图的水平切片偏移实例偏移实例雷达图 偏移处理后的雷达图The MTI filter 这个术语出自雷达理论(MTI 移动目标体显示表明雷达能够分辨出移动的目标体) 这项操作是针对“前面的”损耗而做的: 一次扫描被它和下一次扫描的不同之处所代替 这项操作能突出各次扫描之间的差异，并去除剩下的相同成分 但是这项操作也会去除有用的信息，(例如，双曲线的顶点), 因此应该慎重使用MTI 滤波实例滤波实例雷达图经过MTI 滤波

9、后的雷达图估计探地雷达波的传播速度估计探地雷达波的传播速度 由于操作方面的需要必须对深度值进行校准(探地雷达的测量时间) 雷达波在空气中的传播速度是30 cm /nsec 雷达波在地下的传播速度一般为5到15cm/nsec. 常见值(中间值)是10 cm/nsec 有如下几种方法来估计雷达波的传播速度: 由地层参数 (介电常数, 电导率)估计 由已知深度的目标体来估计 (但不总是可行) 由双曲线的形状来估计 用CDP的方法 (共深点)由双曲线的形状来估计传播速度由双曲线的形状来估计传播速度 用用 CDP法来估计传播速度法来估计传播速度td 是当发射天线和接收天线一体的时候雷达波的传播时间 (即

10、当 x 0时) x x22dxmttxv多道可视化多道可视化“C 扫描扫描” 类型可视化类型可视化Slice depth 20-40 cmSlice depth 0-20 cmSlice depth 40-60 cmSlice depth 60-80 cm0-20 cm20-40 cm40-60 cm60-80 cm 调查区域的数据经过一种特殊的处理(包括偏移处理) 此处, 用户可以对调查区域进行不同深度的“切片”40-60 cm60-80 cm设备保养、维护设备保养、维护雷达设备硬件一般包括部分：主机天线测距轮编码器连接线缆使用时的注意事项：电脑固定在托盘上，避免采集过程中掉落主机上的网线口和电脑的网线口位于同侧，避免网线经常交叉受力导致断裂。注意电源插口正负极的连接，避免因正负极连接错而烧坏主机。连接电缆需要专门放置，避免直接在地面拖拽磨坏电缆表皮及内部缆线。保持连接电缆接口处及附近处于顺直状态。天线底部应与检测面平行前进，确保底部摩擦条紧密接触检测面，防止天线外壳与检测面摩擦损坏外壳。设备的存放及保养：天线和主机使用完后，需要将每个接口上的保护盖安装上，避免落入灰尘或其他杂物。各种连接电缆可使用保鲜膜进行包裹保护。长电缆缠绕存放时，缠绕的曲率不能过大， 2. 每次使用完设备后，