探地雷达原理与应用（第2版）

图书标准信息

• 作者 曾昭发
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2023-09
• 版次 1
• ISBN 9787121462146
• 定价 129.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 页数 464页
• 字数 0.82千字

【内容简介】

探地雷达是用高频无线电波来确定介质内部物质分布规律及属性的一种地球物理方法，它利用宽带电磁波以脉冲形式来探测地表之下的物体或结构，或者确定不可视的物体或结构。经过几十年的发展，探地雷达逐渐趋于成熟，且由于具有高分辨率、高效率等优点而广泛应用于工程、环境和资源等浅部地球物理领域，取得了很好的效果。本书介绍探地雷达的基本原理、天线、系统、测量方法与技术、数据处理、解释与模拟及其在不同领域中的应用。本书是在充分吸收国内外研究成果的基础上编著而成的，目的是以教学用书的形式，为在校大学生和从事探地雷达研究与应用的工程技术人员提供一本内容详细的教材或参考书。

【作者简介】

曾昭发，吉林大学唐敖庆特聘教授，博士生导师，吉林省政协委员，国务院学位委员会第八届地质资源与地质工程学科评议组成员，中国地球物理学会常务理事，中国地球物理学会环境地球物理专业委员会副主任委员，吉林省地球物理学会常务理事，吉林省拔尖创新人才，首批国家级黄大年式教师团队核心成员；现为吉林大学地球探测科学与技术学院院长，长期从事工程与环境地球物理的教学与科研工作，开发了MIMO探地雷达系统、低频极化干涉探地雷达系统，提出了探地雷达随机等效介质的探测与成像方法技术；主持国家和省部级科研项目20余项；发表高水平学术论文200余篇；培养研究生50余名；出版教材或专著6部；获省部级科技进步一等奖1项、二等奖3项。

【目录】

目    录

第1章  探地雷达的起源及特点1

1.1  探地雷达的基本概念1

1.2  探地雷达的发展历史1

1.3  探地雷达的优越性5

1.4  探地雷达的局限性6

1.5  探地雷达的发展趋势6

1.6  探地雷达的应用7

习题8

参考文献8

第2章  探地雷达的电磁基础11

2.1  电磁波传播的基本规律11

2.1.1  电磁波谱11

2.1.2  麦克斯韦方程组12

2.1.3  本构关系13

2.1.4  探地雷达方法中电磁波的波动性14

2.1.5  电磁波的横波性质15

2.1.6  能流密度矢量16

2.1.7  电磁位函数17

2.2  平面电磁波18

2.2.1  理想介质中的平面波18

2.2.2  导电介质中的平面波23

2.2.3  平面波的极化26

2.2.4  平面波的反射和透射29

2.2.5  多层介质表面的正入射35

2.2.6  电磁散射37

2.2.7  色散和群速40

习题41

参考文献41

第3章  介质的电性质及对电磁波传播参数的影响42

3.1  介质的电性参数42

3.1.1  介质的电导率42

3.1.2  电介质的极化和介电常数42

3.1.3  矿物的电性质43

3.1.4  岩石的电导率与介电常数44

3.1.5  土壤的电导率和介电常数47

3.1.6  植被的介电常数48

3.1.7  永久冻土的电性参数48

3.1.8  人造介质的电性参数49

3.2  介质电性参数和介质电性参数模型49

3.2.1  介质介电常数与电磁场频率的关系49

3.2.2  探地雷达平台51

3.2.3  混合介质的介电常数模型52

3.2.4  介质的介电常数模型53

3.3  电磁波传播参数与介质电性质的关系55

3.3.1  电性参数对相速度的影响55

3.3.2  电性参数对衰减系数的影响57

习题58

参考文献58

第4章  探地雷达仪器系统和工作方法59

4.1  探地雷达仪器和参数59

4.1.1  探地雷达系统的信号调制方式59

4.1.2  探地雷达系统的主要设计参数61

4.2  时间域探地雷达63

4.2.1  时间域探地雷达的基本原理63

4.2.2  GSSI的SIR系列的构成和技术指标64

4.2.3  加拿大EKKO系列探地雷达65

4.2.4  RAMAC/GPR探地雷达系统65

4.2.5  中国电波传播研究所LTD-2100探地雷达66

4.3  FMCW探地雷达67

4.3.1  FMCW雷达探测的基本原理67

4.3.2  FMCW探地雷达69

4.4  步进频率探地雷达73

4.4.1  步进频率探地雷达系统的基本原理73

4.4.2  步进频率探地雷达系统设计方案74

4.4.3  步进频率探地雷达实验系统75

4.5  脉冲探地雷达和步进频率探地雷达的比较76

习题78

参考文献78

第5章  探地雷达天线80

5.1  天线基本元的辐射80

5.1.1  近区81

5.1.2  远区81

5.1.3  中间区82

5.2  天线的基本参数83

5.2.1  天线效率83

5.2.2  输入阻抗84

5.2.3  辐射方向图（波瓣图）84

5.2.4  方向系数85

5.2.5  极化86

5.2.6  增益系数86

5.2.7  有效长度87

5.2.8  工作频带宽度88

5.2.9  天线的屏蔽88

5.2.10  接收天线的电参数89

5.3  探地雷达的天线类型及辐射形式89

5.3.1  天线在探地雷达系统中的作用89

5.3.2  简单的探地雷达辐射系统——线天线89

5.3.3  从线性天线到圆锥形天线、领结形天线和圆柱形天线91

5.4  常见探地雷达天线93

5.4.1  5100型天线94

5.4.2  3101D型天线94

5.4.3  5103型天线94

5.4.4  5106型天线94

5.4.5  3207型天线和3207A型天线95

5.4.6  3200 MLF型低频天线95

5.4.7  Subecho-40型和Subecho-70型天线95

5.4.8  4108型角形天线96

5.4.9  Vivaldi天线96

习题97

参考文献97

第6章  探地雷达工作方法99

6.1  探地雷达的测量方式99

6.1.1  反射测量方式99

6.1.2  折射测量方式101

6.1.3  透射测量方式102

6.1.4  MIMO测量方式102

6.2  探地雷达野外测量设计102

6.2.1  探地雷达适用性评价103

6.2.2  目标体特性和测量参数选择107

6.3  多极化测量112

6.3.1  多极化测量实验系统112

6.3.2  野外多极化测量方式113

6.3.3  多极化数据校正115

6.4  探地雷达野外资料评价及注意事项119

6.4.1  资料的验收119

6.4.2  实际测量中的注意事项及干扰消除方法119

习题120

参考文献121

第7章  探地雷达的数值和物理模拟123

7.1  射线追踪法123

7.1.1  计算方法原理123

7.1.2  收敛性问题126

7.1.3  雷达波的衰减问题127

7.1.4  数值模拟计算127

7.1.5  应用实例128

7.2  有限元法129

7.2.1  雷达波和地震波之间运动学规律的对比129

7.2.2  雷达波有限元正演模拟的实施130

7.2.3  数值模拟131

7.3  时域有限差分法134

7.3.1  FDTD基本原理134

7.3.2  解的稳定条件和数值色散138

7.3.3  吸收边界条件143

7.3.4  FDTD中的常用激励源145

7.3.5  计算实例151

7.4  模型实验153

7.4.1  实验1：直达波测量研究153

7.4.2  实验2：金属管探测154

7.4.3  实验3：单层塑料板探测155

7.4.4  实验4：多层塑料板探测155

7.4.5  实验5：水池中小球模型探测实验156

7.4.6  实验6：复杂结构的石蜡模型探测156

习题158

参考文献158

第8章  探地雷达数据处理159

8.1  资料整理、数据处理技术要求160

8.2  数据编辑160

8.3  常规处理161

8.3.1  数字滤波原理161

8.3.2  反滤波（反卷积）163

8.4  偏移处理172

8.4.1  偏移归位的概念172

8.4.2  绕射扫描叠加172

8.4.3  相移偏移法173

8.4.4  基尔霍夫积分偏移法原理176

8.5  探地雷达数据分析与增强处理177

8.5.1  振幅恢复177

8.5.2  道内均衡178

8.5.3  道间均衡178

8.5.4  希尔伯特变换与属性分析179

8.6  经验模态分解与信号提取181

8.6.1  经验模态分解181

8.6.2  整体经验模态分解183

8.6.3  完全总体经验模态分解184

8.6.4  变分模态分解185

习题193

参考文献193

第9章  探地雷达数据解释194

9.1  探地雷达数据解释基础和解释流程194

9.2  典型目标体探地雷达异常特征195

9.3  时间剖面的解释方法198

9.3.1  反射层的拾取198

9.3.2  时间剖面的解释199

9.3.3  雷达波速度的求取200

9.4  属性解释203

9.5  频散介质一维反演204

9.5.1  最小二乘法的基本原理205

9.5.2  反演算例206

9.6  全波形反演208

9.6.1  地面GPR全波形反演的发展历史及现状208

9.6.2  时间域全波形反演209

9.6.3  频率域全波形反演214

9.7  阻抗反演219

9.7.1  阻抗反演的发展历史及现状219

9.7.2  电磁学中的波阻抗220

9.7.3  有限带宽阻抗反演的基本原理220

9.7.4  数值模拟算例223

9.7.5  应用实例224

9.8  多极化成像与目标识别225

9.8.1  极化偏移成像225

9.8.2  基于H-α分解的目标分类识别228

9.8.3  基于Freeman分解的目标分类识别232

9.9  人工智能解释234

9.9.1  探地雷达数据智能目标检测与识别234

9.9.2  基于深度学习的探地雷达数据智能反演244

习题250

参考文献250

第10章  钻孔雷达254

10.1  钻孔雷达的发展历史及现状254

10.2  钻孔雷达的测量方式255

10.2.1  单孔反射测量256

10.2.2  跨孔测量257

10.2.3  孔中-地面测量258

10.2.4  定向钻孔雷达260

10.2.5  极化钻孔雷达262

10.3  钻孔雷达数据处理265

10.3.1  跨孔雷达层析成像265

10.3.2  跨孔雷达全波形反演273

10.4  钻孔雷达应用实例278

10.4.1  油田应用278

10.4.2  矿山和煤田应用281

10.4.3  水文、工程、环境地质中的应用285

习题293

参考文献293

第11章  机载探地雷达295

11.1  发展历史及现状295

11.2  固定翼飞机搭载的探地雷达295

11.3  直升机搭载的探地雷达298

11.4  无人机搭载的探地雷达300

11.5  仪器系统及应用307

习题307

参考文献307

第12章  工程探测应用309

12.1  公路工程探测领域309

12.1.1  公路病害检测309

12.1.2  公路结构层厚度检测311

12.1.3  掌子面前方地质超前预报313

12.1.4  隧道衬砌质量检测315

12.1.5  钢筋质量检测319

12.2  水利工程探测领域321

12.2.1  堤坝蚁巢、洞穴的探地雷达探测321

12.2.2  水坝渗漏通道探测322

12.2.3  水下工程隐患探测323

12.2.4  江堤滑塌成因探测324

12.3  电力工程探测领域325

12.3.1  不良地质现象探测325

12.3.2  岩性界面划分326

12.3.3  核电站选址勘察327

12.3.4  灰坝渗漏探测328

12.3.5  水电站坝基隐患探测331

12.4  城市建设工程领域332

12.4.1  地下管线探测332

12.4.2  地下建筑结构物探测333

12.5  城市道路塌陷检测333

12.5.1  城市道路塌陷隐患成因333

12.5.2  城市道路塌陷探地雷达探测334

习题335

参考文献336

第13章  水文地质领域337

13.1  河道探测337

13.1.1  古河道探测337

13.1.2  河道堵塞现状探测339

13.2  潜水面探测340

13.3  水深探测341

13.4  冻土层探测342

13.5  落水洞探测344

13.6  水下结构物探测345

13.7  地下水污染探测347

习题348

参考文献348

第14章  环境地质应用349

14.1  地下岩溶探测349

14.1.1  城市区域岩溶探测349

14.1