几种常见异常目标体的雷达波谱特征
一、金属管线
物性差异(导电率、介电常数等 :金属管线的导电率极强,明显高于周围 一般介质,其相对介电常数较大,一般取 300。
反射波同向轴:探地雷达电磁反射波组的同向性形成双曲线型的同向轴, 当 管线为圆形管道时,为向下开口(向上凸起的抛物线呈伞形状,顶部反射波最 强;当为沟道式或管块时,同向轴为有限平板状,反射界面的中部为平板状,两 端各为半支下开口抛物线。
电磁波吸收和衰减特征:反射波信号以外层界面为主, 电磁波衰减极大, 金 属管线的上管壁发生全反射, 没有能量传入下管壁, 基本无管线底部反射, 不能 产生多次反射波。
反射波振幅方向:电磁波从介电常数小的介质进入介电常数大的介质时, 反 射系数为负, 即反射波振幅反向, 故金属管线反射电磁波起跳点方向和入射波反 向。
电磁波速度:一般情况下,金属管线中电磁波传播速度为零。
波形特征:明显、完整的双曲线,首波较明显,基本无多次波,顶部绕射弧 延伸较远,双叶较长。管线半径越大,反射弧的曲率越大。
二、混凝土管线
物性差异(导电率、介电常数等 :混凝土管线的导电率较差,其相对介电 常数不大,干燥时一般取 4-10,潮湿时变化较大,一般取 10-20。
反射波同向轴:探地雷达电磁反射波组的同向性形成双曲线型的同向轴, 当 管线为圆形管道时,为向下开口(向上凸起的抛物线呈伞形状,顶部反射波最 强,但振幅明显低于金属管线;当为沟道式或管块时,同向轴为有限平板状,反 射界面的中部为平板状,两端各为半支下开口抛物线。
电磁波吸收和衰减特征:反射波信号以外层界面为主, 底部界面较弱, 电磁 波衰减一般,混凝土管线的上管壁发生部分反射,管内多次波较金属管线较强, 有能量传入下管壁,有可能出现管底反射信号。
反射波振幅方向:混凝土管线上下介质的介电常数大小决定反射波振幅方
向,当从介电常数小(波速大进入介电常数大(波速小的介质时,反射系数 为负, 即反射波振幅反向; 当从介电常数大 (波速小 进入介电常数小 (波速大 的介质时,反射系数为正,即反射波振幅与入射波同向。管线内有无充水,其波 形特征不同;若充水,管顶则亦出现波形的极性反转,反之,无极性反转。 电磁波速度:由于混凝土管线介电常数不大, 故在其中电磁波传播速度明显 比在金属管线中传播速度快。
波形特征:明显、较完整的双曲线,首波较明显,顶部绕射弧延伸较远,双 叶较长,但明显弱于金属管线。管线的半径越大,管线底反射距顶反射越远。至 少上下两组弧形的绕射波, 有时分辨率不够时, 管底不是很明显。 根据管线内部 充填物不同,根据其传播速度,可以计
算出管线的半径大小。
三、空洞
物性差异(导电率、介电常数等 :一般情况下空洞的导电率极差,一般为 零,其相对介电常数很小,一般为空气的相对介电常数,其值取 1。当空洞充水 时,导电率很高,相对介电常数一般取 81。
反射波同向轴:探地雷达电磁反射波组的同向性形成双曲线型的同向轴, 一 般会出现规则的双曲线型反射波, 双曲线顶部为球形空洞的顶部中心位置。 双曲 线型反射波顶点出现时间与顶界面埋深有关, 目标体顶界面埋深越小, 反射波顶 点出现的时间越小; 双曲线反射波的长度与目标体的水平度有关, 目标体水平长 度越大, 反射波的长度越大; 双曲线反射波的离心率与目标体纵向长度和水平长 度的比值有关,目标体纵向长度与水平长度的比值越大,反射波的离心率越小。 同样埋深的情况下,空洞水平长度范围越小,反射波能量越弱,反之越强。 电磁波吸收和衰减特征:空洞内为空气时电磁波不衰减,传播速度为 0.3m/ns。当空洞内充水时,电磁波衰减极快。在洞侧壁上一般为高幅、低频、 等间距的多次反射波组, 特别是无填充物或充满水时反射波更强, 而洞底界面反 射则不太明显, 只有当洞底部部分充填水或粘土、 粉砂、 砂砾性物质时底部反射 波会有所增强, 可见一组较短周期的细密弱反射; 如果洞为空洞或充水洞则在洞 体内部几乎没有反射电磁波; 有充填物时电磁波能量迅速衰减, 高频部分被吸收, 反射的多为低频波,自动增益梯度大。
反射波振幅方向:当空洞无充填物时,电磁波从介电常数大(波速小进入
介电常数小(波速大的介质时,反射系数为正,即反射波振幅与入射波同向。 当空洞内充填水时,电磁波从介电常数小(波速大进入介电常数大(波速小 的介质时,反射系数为负,即反射波振幅与入射波反向。
电磁波速度:空洞无充填时,电磁波速度为 0.30m/ns;当空洞充水时,电磁 波速度降低,一般为 0.033m/ns。
波形特征:空洞在地质雷达图像上的形态特征主要取决于洞的形状、 大小以 及填充物的性质, 一般表现为由许多双曲线强反射波组成。 对于球形空洞, 电磁 反射波为倒悬双曲线形状, 双曲线顶部为球形空洞的顶部中心位置。 对于长方形 空洞, 一般情况下空洞洞两侧出现绕射波和底部反射波, 始末端形成绕射弧与一 条沿板状体且接近板状体的水平直线组成, 剖面图上层异常为正向连续同向轴板 状体异常, 两端各为半支下开口抛物线, 正向同向轴对应内部空间顶界面, 下部 为强反射异常和多次波异常。
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