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探地雷达工作原理初探
作者：李昊佳来源：《中国新技术新产品》2017年第04期
摘要：本文从应用背景的角度介绍了探地雷达的技术特点及分类，阐述了探地雷达收、发电磁信号的传播特性和冲激型探地雷达的测距原理，总结了探地雷达常规工作流程，并探讨了探地雷达在植物根茎探测中的应用。
关键词：探地雷达；分类；技术特点；原理；工作流程
中图分类号：P631文献标识码：A
1研究背景
探地雷达作为一种高效、无损、便捷的浅层地表物理探测仪器，已广泛应用于地质探测、地下石油矿产勘探、桥梁工程、建筑工程、城市地下管线检测等地质领域。它利用地下不同媒介间存在电磁参数差异的特征，通过向地下发射高频电磁波并接收反射信号，对比分析发射信号与回波的时域、频域特性来研究和推断浅层地质结构和物性特征。与反射地震、地震CT、高密度电法、地震面波等传统的地球物理方法相比，探地雷达具有快速便捷、操作简单、抗干扰和场地适应能力强、探测分辨率高等方面的优势，尤其自计算机和微电子技术得到飞速发展以来，探地雷达的仪器设备和数据处理能力都得到大幅提高，它在工程应用中发挥的作用也日益剧增。本文通过总结探地雷达的技术特点及分类，研究探地雷达的工作机理，探讨探地雷达技术在林业探测中的应用，以促进我国探地雷达的发展。
2探地雷达基本组成及分类
探地雷达主要由天线与收发单元、雷达主机和便携式计算机3部分组成。其中，天线与收发单元负责电磁波的发射与回波信号的接收，不同的雷达机制可能采用不同的天线类型及收发单元；雷达主机（嵌入式数据处理模块）负责收发信号的控制，以及对回波信号的预处理工作；计算机主要负责参数设置、图像显示和后期处理工作。
探地雷达的种类很多，以发射信号的不同调制方式大致划分为5种类型，它们具有各自的特点，有些体制之间还存在着应用上的互补，这5种调制方式分别如下：
（1）调频连续波
调频连续波方法常用于浅层或表层（2m以内）地下目标的探测，如机场跑道和高速公路等表层中的结构异常或孔穴的探测。它的基本原理为：利用收、发电磁波的差频分量来推算时
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间延时，进而结合电磁波在介质中的传播速度确定目标体的深度。其优点为：分辨率高，发射频谱易于控制，具有很宽的动态范围；它的主要缺点为：体积大、成本高、系统比较复杂，抗干扰能力差。
（2）脉冲展宽压缩技术
该项技术已成熟的应用于探空雷达中，它的收发端采用r