探地雷達原理與應用（簡體書）

《探地雷達原理與應用》內容簡介：探地雷達是用高頻無線電波來確定介質內部物質分布規律的一種地球物理方法，它利用寬帶電磁波以脈沖形式來探測地表之下的或確定不可視的物體或結構。經過幾十年的發展，探地雷達逐漸趨于成熟，且由于具有高分辨率、高效率等優點，因而廣泛應用于工程、環境和資源等淺部地球物理領域，取得了很好的效果。《探地雷達原理與應用》介紹了探地雷達的基本原理、天線、系統、測量方法與技術、數據處理、解釋與模擬及其在不同領域中的應用。《探地雷達原理與應用》系統地介紹了地面探地雷達及井中探地雷達的測量方式與方法。《探地雷達原理與應用》共分為兩部分，第一部分主要介紹探地雷達的理論、方法與技術，第二部分主要介紹探地雷達的應用。
《探地雷達原理與應用》是在充分吸收國內外研究成果的基礎上編著而成的，目的是以教學的用書形式，為在校大學生和從事探地雷達研究與應用的工程技術人員提供一本內容詳細的教材或參考書。

第1章 探地雷達起源及特點1
1.1 探地雷達的基本概念1
1.2 探地雷達的發展歷史1
1.3 探地雷達的優越性5
1.4 探地雷達的局限性6
1.5 探地雷達的發展趨勢6
1.6 探地雷達的應用7
習題8
參考文獻8

第2章 探地雷達的電磁基礎12
2.1 電磁波傳播的基本規律12
2.1.1 電磁波譜12
2.1.2 麥克斯韋方程組13
2.1.3 本構關係14
2.1.4 探地雷達方法中電磁波的波動性15
2.1.5 電磁波的橫波性質16
2.1.6 能流密度矢量17
2.1.7 電磁位函數18
2.2 平面電磁波19
2.2.1 理想介質中的平面波20
2.2.2 導電媒介中的平面波24
2.2.3 平面波的極化28
2.2.4 平面波的反射和透射31
2.2.5 多層介質表面的正入射37
2.2.6 電磁散射40
2.2.7 色散和群速43
習題44
參考文獻44

第3章 介質的電性質及對電磁波傳播參數的影響44
3.1 介質的電性參數44
3.1.1 介質的電導率44
3.1.2 電介質的極化和介電常數44
3.1.3 礦物的電性質45
3.1.4 岩石的電導率與介電常數46
3.1.4 土壤的電導率和介電常數49
3.1.5 植被的介電常數50
3.1.6 永久凍土的電性參數51
3.1.7 人造介質的電性參數51
3.2 介質電性參數和介質電性參數模型52
3.2.1 介質介電常數與電磁場頻率關係52
3.2.2 探地雷達平臺53
3.2.3 混合介質的介電常數模型54
3.2.4 介質的介電常數模型55
3.3 電磁波傳播參數與介質電性質的關係57
3.3.1 電性參數對相速度的影響57
3.2.2 電性參數對衰減系數的影響59
習題60
參考文獻60

第4章 探地雷達儀器系統和工作方法62
4.1 探地雷達儀器和參數62
4.1.1 探地雷達系統的信號調制方式62
4.1.2 探地雷達系統的主要設計參數64
4.2 時間域探地雷達66
4.2.1 時間域探地雷達的基本原理66
4.2.2 GSSI的SIR儀器系列的構成和技術指標67
4.2.3 加拿大EKKO系列探地雷達68
4.2.4 RAMAC/GPR探地雷達系統69
4.2.5 中國電波傳播研究所LTD-2100探地雷達69
4.3 FMCW探地雷達71
4.3.1 FMCW雷達探測的基本原理71
4.3.2 FMCW探地雷達73
4.4 步進頻率探地雷達77
4.4.1 步進頻率探地雷達系統的基本原理77
4.4.2 步進頻率探地雷達系統設計方案78
4.4.3 步進頻率探地雷達實驗系統79
4.5 脈沖探地雷達和步進頻率探地雷達的比較80
習題81
參考文獻82

第5章 探地雷達天線84
5.1 天線基本元的輻射84
5.1.1 近場區85
5.1.2 遠場區86
5.1.3 中間區87
5.2 天線的基本參數88
5.2.1 效率88
5.2.2 輸入阻抗88
5.2.3 輻射方向圖（波瓣圖）89
5.2.4 方向系數89
5.2.5 極化90
5.2.6 增益系數91
5.2.7 有效長度91
5.2.8 工作頻帶寬度92
5.2.9 天線的屏蔽92
5.2.1 0接收天線的電參數93
5.3 探地雷達的天線類型及輻射形式93
5.3.1 天線在探地雷達系統中的作用93
5.3.2 簡單的探地雷達輻射系統——線天線94
5.3.3 從線性天線到圓錐形天線、領結形天線、圓柱形天線96
5.4 常見探地雷達天線97
5.4.1 5100型天線98
5.4.2 3101D型天線98
5.4.3 5103型天線98
5.4.4 5106型天線99
5.4.5 3207和3207A型天線99
5.4.6 3200MLF型低頻天線100
5.4.7 Subecho-40和Subecho-70天線100
5.4.8 4108型角形天線100
習題101
參考文獻102

第6章 探地雷達工作方法104
6.1 探地雷達的測量方式104
6.1.1 反射測量方式104
6.1.2 折射測量方式106
6.2 探地雷達野外測量設計107
6.2.1 探地雷達適用性評價107
6.2.2 目標體特性和測量參數選擇111
6.3 探地雷達野外資料評價與注意事項117
6.3.1 資料的驗收117
6.3.2 實測中的注意事項及干擾消除方法117
習題118
參考文獻119

第7章 探地雷達的數值及物理模擬120
7.1 射線追蹤法120
7.1.1 計算方法原理120
7.1.2 收斂性問題123
7.1.3 雷達波的衰減問題123
7.1.4 數值模擬計算124
7.1.5 應用實例124
7.2 有限元法125
7.2.1 雷達波和地震波之間運動學規律的對比126
7.2.2 雷達波有限元正演模擬的實施127
7.2.3 數值模擬128
7.3 時間域有限差分法130
7.3.1 FDTD基本原理130
7.3.2 解的穩定性及數值色散136
7.3.3 吸收邊界條件140
7.3.4 FDTD中的常用激勵源142
7.3.5 計算實例148
7.4 模型實驗151
習題155
參考文獻155

第8章 探地雷達數據處理156
8.1 資料整理、數據處理技術要求156
8.2 數據編輯156
8.1.1 數據合併156
8.1.2 廢道剔除156
8.1.3 測線方向一致化157
8.1.4 漂移處理157
8.2 常規處理158
8.2.1 數字濾波的原理158
8.2.2 反濾波（反褶積）160
8.3 偏移處理169
8.3.1 偏移歸位的概念169
8.3.2 繞射掃描疊加170
8.3.3 相移偏移方法170
8.3.4 克希霍夫積分偏移方法原理173
8.4 雷達圖像的增強處理174
8.4.1 振幅恢復174
8.4.2 道內均衡175
8.4.3 道間均衡175
習題176
參考文獻176

第9章 探地雷達數據解釋177
引言177
9.1 探地雷達數據解釋基礎、流程和波形識別177
9.2 典型目標體探地雷達異常特徵178
9.3 時間剖面的解釋方法182
9.3.1 反射層的拾取182
9.3.2 時間剖面的解釋182
9.3.3 雷達波速度的求取184
9.4 屬性解釋187
9.5 頻散介質一維反演188
9.5.1 最小二乘反演方法的基本原理188
9.5.2 反演算例190
習題192
參考文獻192

第10章 鉆孔雷達193
10.1 鉆孔雷達的發展歷史及現狀193
10.2 鉆孔雷達的測量方式194
10.2.1 單孔反射測量195
10.2.2 跨孔測量196
10.4.1 跨孔反射分析197
10.4.2 層析成像分析197
10.2.3 井-地測量（Surface-BoreholeSurvey）197
10.3 鉆孔雷達的數據處理199
10.4 鉆孔雷達的應用實例208
10.4.1 南非深部金礦的探測208
10.4.2 加拿大鎳-銅礦的應用研究210
10.4.3 確定煤層采空區212
10.4.4 冰川學研究214
10.4.5 水文地質特徵214
10.4.6 地下裂縫分布的探測216
習題219
參考文獻219

第11章 機載探地雷達222
11.1 發展歷史及現狀222
11.2 儀器系統及應用227
習題228
參考文獻228

第12章 工程探測應用229
12.1 公路工程探測領域229
12.1.1 公路病害檢測229
12.1.2 公路結構層厚度檢測232
12.1.3 掌子面前方地質超前預報234
12.1.4 隧道襯砌質量檢測237
12.2 水利工程探測領域241
12.2.1 堤壩蟻巢、洞穴的探地雷達探測242
12.2.2 水壩滲漏通道探測242
12.2.3 水下工程隱患探測244
12.2.4 江堤滑塌成因探測244
12.3 電力工程探測領域245
12.3.1 不良地質現象探測245
12.3.2 巖性界面劃分247
12.3.3 核電站選址勘察248
12.3.4 灰壩滲漏探測249
12.3.5 水電站壩基隱患探測252
12.4 城市建設工程領域253
12.4.1 地下管線探測253
12.4.2 地下建築結構物探測254
習題254
參考文獻255

第13章 水文地質領域256
13.1 河道探測256
13.1.1 古河道探測256
13.1.2 河道堵塞現狀探測258
13.2 潛水面探測260
13.3 水深探測261
13.4 凍土層探測261
13.5 落水洞探測264
13.6 水下結構物探測265
13.7 地下水污染探測266
習題268
參考文獻268

第14章 環境地質應用269
14.1 地下巖溶探測269
14.1.1 城市區域巖溶探測269
14.1.2 鐵路路基地下巖溶的探地雷達探測270
14.2 采空區與洞穴探測271
14.2.1 采空區探測271
14.2.2 土洞與人防工程探測273
14.3 滑坡探測275
14.4 地裂縫探測276
14.5 活動斷層的探測與評價277
14.6 垃圾掩埋場地選址與調查279
14.7 地下廢棄物調查280
14.8 油氣污染的監測281
習題282
參考文獻282

第15章 土壤和農業領域283
15.1 測定土壤含水量283
15.2 土壤層與基岩層深度探測286
15.3 堿化層厚度探測287
15.4 洪積扇區礫石層厚度探測291
15.5 土壤污染探測291
習題293
參考文獻293

第16章 考古探測應用294
16.1 遺址勘查295
16.1.1 日本群馬縣浮石層下的遺址構造調查295
16.1.2 古礦坑遺址探測296
16.2 古墓勘查297
16.2.1 日本南九州地下橫墓穴297
16.2.2 西都原古墳群第100號墳298
16.2.3 西都原古墳群第111號墳301
16.3 文物保護302
16.3.1 古塔結構探測302
16.3.2 云岡石窟維護探測304
習題304
參考文獻305

第17章 極地探測和星球探測應用307
17.1 高山冰川307
17.2 極地積雪308
17.3 冰磧地層310
17.4 冰架310
17.5 裂隙311
17.6 星球探測311
17.6.1 月球探測312
17.6.2 火星探測313
習題314
參考文獻314

第18章 地雷和未爆炸彈探測316
18.1 地雷和未爆炸彈316
18.1.1 地雷316
18.1.2 未爆炸彈（UXO）316
18.2 地雷和未爆炸彈探地雷達響應特徵317
18.2.1 極化特徵318
18.2.2 埋藏環境影響319
18.2.3 雜波影響320
18.3 專用探地雷達系統設計320
18.3.1 工作頻帶321
18.3.2 天線系統321
18.3.3 系統穩定性322
18.4 信號處理和成像323
18.4.1 處理流程323
18.4.2 探地雷達測量地表地形325
18.4.3 多次覆蓋提高信雜比328
18.4.4 偏移成像328
習題330
參考文獻330