透地雷達原理

透地雷達使用高頻率且通常被極化的無線電波，并且將電波發(fā)射入地表之下。當電磁波撞擊到埋在地表下的物體或到達介電常數(shù)變化的邊界時，天線接收到的反射波會記錄下反射回波的訊號差異。所涉及的原理類似于反射地震學(xué)，但使用的是電磁學(xué)能，而非聲學(xué)能，并且電磁波會在不同介電常數(shù)的邊界處反射，而聲波是在聲波阻抗差異邊界。

透地雷達可探測的深度范圍受到地表下物質(zhì)的電導(dǎo)率、發(fā)射波中心頻率和發(fā)射波功率限制。電導(dǎo)率上升時電磁波探測深度就會下降，這是因為電磁學(xué)能會更快速經(jīng)由熱能消耗，使訊號強度隨深度增加而衰減。高頻率電磁波可穿透深度較低頻率淺，但光學(xué)分辨率較高。最佳的穿透深度是在冰上可穿透數(shù)百米。而在干燥的砂質(zhì)土壤或花崗巖、石灰?guī)r、混凝土等大塊物質(zhì)的良好穿透深度可以達到15米。但是在潮濕或含有黏土的土壤中因為高電導(dǎo)率，有時候穿透深度只有數(shù)厘米。

透地雷達的天線一般會接觸地表以接收到最強的反射波，空載的透地雷達天線則用于地表上方。

跨孔透地雷達已經(jīng)被開發(fā)并應(yīng)用在水文地球物理學(xué)領(lǐng)域，可用來評估土壤內(nèi)水份是否存在與土壤含水量。

透地雷達今日已在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。地球科學(xué)家使用它來研究基巖、土壤、地下水和冰。有時后透地雷達會被用來尋找埋藏在河床下方的較重顆粒聚集區(qū)，可用來尋找黃金或沖積礫石層中的鉆石。中國的玉兔號月球車在車體底盤也搭載了透地雷達以探測月球表面土壤和外殼。

透地雷達在工程上的應(yīng)用包含了結(jié)構(gòu)和路面的無損檢測，對地下結(jié)構(gòu)和管線進行定位，以及研究土壤和基巖。在環(huán)境整治上，透地雷達可用來尋找垃圾掩埋場、污染羽和其他需要進行整治的區(qū)域。而在考古地球物理學(xué)上，透地雷達可用來映射考古學(xué)上的遺物、特征和墓地并繪制成圖。在執(zhí)法上則應(yīng)用透地雷達尋找隱密墓地或尸體等物體掩埋區(qū)域。軍事上則可使用透地雷達偵測地雷、未爆彈藥和地道。

1987年以前，英國伯明翰的弗蘭克利水庫每秒漏水量達到540升。1987年科學(xué)家使用透地雷達成功找到漏水區(qū)，并將漏水區(qū)隔離。

孔內(nèi)雷達應(yīng)用透地雷達技術(shù)以測繪鉆孔以外的地表下結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代的定向孔內(nèi)雷達系統(tǒng)可在單一鉆孔內(nèi)探測并形成3維影像。

另一個透地雷達常見的應(yīng)用就是對地表下的管線進行定位，這是因為透地雷達可以產(chǎn)生地表下電力、排水等各種管道的3維影像。

英國第四臺電視節(jié)目《考古小隊》中?？煽吹酵傅乩走_被用來確認適合進行開挖以搜尋物品的情節(jié)。1992年時英國辦案人員使用透地雷達找到綁架犯麥可·薩姆斯綁架了一名地產(chǎn)代理后所獲得，并且被埋在野外的15萬英鎊贖金。

透地雷達發(fā)射的電磁脈沖訊號會被射入地表之下。地表下的物體和地層將會使電磁脈沖被反射，并且被接收天線收到。探測者可從反射波的傳遞時間得知深度，而這些資料可繪制成圖表上的曲線，例如在平面視圖中將特定的深度分離出來，或作為3維模型。

透地雷達在有利的條件下(均質(zhì)砂土區(qū)域最理想)是相當有用的工具。就和其他使用于考古學(xué)的地球物理方式一樣(挖掘除外)，透地雷達探測可以發(fā)現(xiàn)考古文物所在位置，并且將考古特征測繪成地圖，而不會有損傷文物的風險。在考古學(xué)使用的地球物理探勘方式中，透地雷達可以偵測到一些相對體積較小的物體，并且深度較深，更有辨別異常反射波源深度的能力。透地雷達主要的缺點是在比較不理想的環(huán)境中，探測能力會受到嚴重限制。黏土和淤泥等細顆粒沉積物常對透地雷達的探測造成困擾，這是因為這類物質(zhì)的高電導(dǎo)率會使訊號強度衰減。巖石或不均勻沉積會使透地雷達的訊號被散射，使有效訊號的強度衰減，并使外部噪聲增加。

單一行透地雷達資料可以顯示地表下特定深度的剖面圖。而系統(tǒng)性的多行資料則可以組成3維或特定剖面影像。探測獲得的資料可以組成3維影像，或水平、垂直的剖面圖。水平的剖面(稱為"深度剖面"或"時間剖面")是從平面視圖中分離出特定深度而繪成。時間剖面在2014年的時候是應(yīng)用在考古學(xué)上的標準地球物理技術(shù)，這是因為水平圖層通常是表示不同時期文化活動最重要的工具。

最常見的使透地雷達功能受到限制的環(huán)境是高電導(dǎo)率的物質(zhì)，例如黏土質(zhì)土壤和受到鹽分污染區(qū)域。透地雷達在地下物質(zhì)差異交界處(例如巖石和土壤之間)則會因為訊號被散射而大幅降低其探測能力。

至2014年使用的透地雷達系統(tǒng)還有如下限制:

透地雷達的設(shè)備至今仍在不斷改進前述的限制中，并且未來的改進是可期待的。

2005年，歐洲電信標準協(xié)會提出透地雷達設(shè)備與操作人員的規(guī)范文件以防止雷達釋放過量的電磁波輻射。之后成立的歐洲透地雷達協(xié)會(EuroGPR)是作為保持透地雷達在歐洲合法使用的代表性組織。

透地雷達可利用數(shù)種技術(shù)產(chǎn)生脈沖雷達波: 步進頻率、頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)和噪聲。2009年起市場上也開始以數(shù)字信號處理計數(shù)在透地雷達探測時立即進行訊號處理，而非探測結(jié)束后才進行。

有一種特殊的透地雷達系統(tǒng)使用未經(jīng)調(diào)制的連續(xù)波訊號。這種全息透地雷達和其他種類的透地雷達不同處在于可取得地表下特定水平面的全息影像。這種雷達的穿透深度相當淺(約20到30厘米)，但是平面分辨率足以分辨土中的埋藏物或空洞、缺陷區(qū)域、竊聽設(shè)備，或者藏在墻壁中、地板內(nèi)的物體、結(jié)構(gòu)元件。

透地雷達可裝設(shè)于車輛上進行近距離高速道路探測，并且即使是待命狀態(tài)，仍然可以進行地雷偵測。

透管雷達(Pipe-Penetrating Radar，PPR)是透地雷達技術(shù)應(yīng)用在鉆孔內(nèi)的形式，其發(fā)射的訊號會直接通過管道和管壁以探測管壁厚度和管壁外的空洞。

透墻雷達的訊號可以穿透墻壁，甚至可以當作警察的動作感應(yīng)器。

目前有一掃雷計劃是尋求設(shè)計一個由軟式飛船搭載的超寬帶合成孔徑雷達系統(tǒng)以尋找地雷存在的區(qū)域。

雷達的種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。一般分為軍用雷達。通?？梢园凑绽走_的用途分類，如預(yù)警雷達、搜索警戒雷達、引導(dǎo)指揮雷達、炮瞄雷達、測高雷達、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達、機載雷達、無線電測高雷達、雷達引信、氣象雷達、航行管制雷達、導(dǎo)航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。

按照雷達信號形式分類，有脈沖雷達、連續(xù)波雷達、脈部壓縮雷達和頻率捷變雷達等。

按照角跟蹤方式分類，有單脈沖雷達、圓錐掃描雷達和隱蔽圓錐掃描雷達等。

按照目標測量的參數(shù)分類，有測高雷達、二坐標雷達、三坐標雷達和敵我識對雷達、多站雷達等。

按照雷達采用的技術(shù)和信號處理的方式有相參積累和 非相參積累、動目標顯示、動目標檢測、脈沖多普勒雷達、合成孔徑雷達、邊掃描邊跟蹤雷達。

按照天線掃描方式分類，分為機械掃描雷達、相控陣雷達等。

按雷達頻段分，可分為超視距雷達、微波雷達、毫米波雷達以及激光雷達等。

2005年4月19日19-22時,哈爾濱雷達站觀測到重力波結(jié)構(gòu),主要利用新一代多普勒天氣雷達速度場資料對本次過程的重力波結(jié)構(gòu)進行分析。在本次重力波發(fā)生發(fā)展過程中,徑向速度在水平方向上表現(xiàn)為正負速度交替分布的特征;垂直速度在水平方向上平均高度1100m以下是上升、下沉氣流交替分布,垂直方向上的氣流有時是與垂直方向成一定角度的;重力波波長約為5km,相 速約為10m/s,周

相控陣雷達又稱作相位陣列雷達，是一種以改變雷達波相位來改變波束方向的雷達，因為是以電子方式控制波束而非傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)動天線面方式，故又稱電子掃描雷達

相控陣技術(shù)，早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年，美國首先開始這項研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實用型艦載相控陣雷達。80年代，相控陣雷達由于具有很多獨特的優(yōu)點，得到了更進一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣雷達，它已成為第三代中、遠程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個重要標志。從而，大大提高了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。在21世紀，相控陣雷達隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭兵器的特點，其制造和研究將會更上一層樓 。