一文带你了解探地雷达原理

探地雷达

土木工程,考古学，法医学，安全（探测非法地道，爆炸装置等）是高频探地雷达（GPR）的几个应用领域。该雷达的工作原理非常经典；它发送无线电波并接受反射信号。利用发射和接收信号之间的时延来测量雷达与反射面间的距离。工作于大气和太空环境下的雷达探测范围可达数千公里，而GPR的工作范围最大只有几百米。实际中,GPR的工作频率范围为500MHz~1.5GHz,在土壤，岩石及大多数人造材料（如混凝土）中，无线电波穿透深度不大。指数衰减系数a主要取决于材料的电导率，在简单的均质材料中，它通常是主导因素。在大多数材料中，能量会因材料的变异及含水量而损耗。水有两个作用：
1.水中含有大量的离子能增加材料的体电导率；
2。水分子吸收1GHz以上的高频电磁能量。

下面我给大家看看衰减随着激励频率和材料的不同而变化的情况。

从上图我们可以看出，低频（小于1MHz）情况下，衰减主要受直流电导率控制。在高频（大于1GHz）以上的高频电磁能量，它所示的衰减随着激励频率和材料的不同而变化。在低频情况下，水对能量有很强的吸收能力，因此，对于干燥材料，实际的穿透深度会加大。如下图所示：

因为衰减随频率的增加而增加，因此降低频率可以提高探测深度。但是，随着频率的降低，GPR测量会出现两个基本问题。首先，频率降低导致分辨率下降。其次，如果频率太低，电磁场不再像波一样传播，而是发生散射。这属于电磁测量（EM）或电涡流测量领域。

同时该雷达发射会产生无限多极低功率的谐波，经由天线传播到周围空间中。电磁波由物体反射回天线，相同的随机脉冲发射器形成了发射脉冲，也在每个发射脉冲的预定延迟后，选通超宽带接收机，这使得MIR仅同步接受在特定的时间窗口达到的反射脉冲，换句话说，是在特定的距离范围d内，在所有其他时间范围内，接收器是关闭的，用选通接收器的另一个原因是为了降低功耗。
下图我给出雷达脉冲UWB的框图如下：