透地雷達(dá)

最常見(jiàn)的使透地雷達(dá)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(dá)在地下物質(zhì)差異交界處(例如巖石和土壤之間)則會(huì)因?yàn)橛嵦?hào)被散射而大幅降低其探測(cè)能力。

至2014年使用的透地雷達(dá)系統(tǒng)還有如下限制:

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

2005年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)提出透地雷達(dá)設(shè)備與操作人員的規(guī)范文件以防止雷達(dá)釋放過(guò)量的電磁波輻射。之后成立的歐洲透地雷達(dá)協(xié)會(huì)(EuroGPR)是作為保持透地雷達(dá)在歐洲合法使用的代表性組織。

透地雷達(dá)使用高頻率且通常被極化的無(wú)線電波，并且將電波發(fā)射入地表之下。當(dāng)電磁波撞擊到埋在地表下的物體或到達(dá)介電常數(shù)變化的邊界時(shí)，天線接收到的反射波會(huì)記錄下反射回波的訊號(hào)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(huì)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(dá)可探測(cè)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(shí)電磁波探測(cè)深度就會(huì)下降，這是因?yàn)殡姶艑W(xué)能會(huì)更快速經(jīng)由熱能消耗，使訊號(hào)強(qiáng)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(dá)到15米。但是在潮濕或含有黏土的土壤中因?yàn)楦唠妼?dǎo)率，有時(shí)候穿透深度只有數(shù)厘米。

透地雷達(dá)的天線一般會(huì)接觸地表以接收到最強(qiáng)的反射波，空載的透地雷達(dá)天線則用于地表上方。

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

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

透地雷達(dá)在工程上的應(yīng)用包含了結(jié)構(gòu)和路面的無(wú)損檢測(cè)，對(duì)地下結(jié)構(gòu)和管線進(jìn)行定位，以及研究土壤和基巖。在環(huán)境整治上，透地雷達(dá)可用來(lái)尋找垃圾掩埋場(chǎng)、污染羽和其他需要進(jìn)行整治的區(qū)域。而在考古地球物理學(xué)上，透地雷達(dá)可用來(lái)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(dá)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(dá)偵測(cè)地雷、未爆彈藥和地道。

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

孔內(nèi)雷達(dá)應(yīng)用透地雷達(dá)技術(shù)以測(cè)繪鉆孔以外的地表下結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代的定向孔內(nèi)雷達(dá)系統(tǒng)可在單一鉆孔內(nèi)探測(cè)并形成3維影像。

另一個(gè)透地雷達(dá)常見(jiàn)的應(yīng)用就是對(duì)地表下的管線進(jìn)行定位，這是因?yàn)橥傅乩走_(dá)可以產(chǎn)生地表下電力、排水等各種管道的3維影像。

英國(guó)第四臺(tái)電視節(jié)目《考古小隊(duì)》中?？煽吹酵傅乩走_(dá)被用來(lái)確認(rèn)適合進(jìn)行開(kāi)挖以搜尋物品的情節(jié)。1992年時(shí)英國(guó)辦案人員使用透地雷達(dá)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(wàn)英鎊贖金。

透地雷達(dá)發(fā)射的電磁脈沖訊號(hào)會(huì)被射入地表之下。地表下的物體和地層將會(huì)使電磁脈沖被反射，并且被接收天線收到。探測(cè)者可從反射波的傳遞時(shí)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(lái)，或作為3維模型。

透地雷達(dá)在有利的條件下(均質(zhì)砂土區(qū)域最理想)是相當(dāng)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(dá)探測(cè)可以發(fā)現(xiàn)考古文物所在位置，并且將考古特征測(cè)繪成地圖，而不會(huì)有損傷文物的風(fēng)險(xiǎn)。在考古學(xué)使用的地球物理探勘方式中，透地雷達(dá)可以偵測(cè)到一些相對(duì)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(dá)主要的缺點(diǎn)是在比較不理想的環(huán)境中，探測(cè)能力會(huì)受到嚴(yán)重限制。黏土和淤泥等細(xì)顆粒沉積物常對(duì)透地雷達(dá)的探測(cè)造成困擾，這是因?yàn)檫@類物質(zhì)的高電導(dǎo)率會(huì)使訊號(hào)強(qiáng)度衰減。巖石或不均勻沉積會(huì)使透地雷達(dá)的訊號(hào)被散射，使有效訊號(hào)的強(qiáng)度衰減，并使外部噪聲增加。

單一行透地雷達(dá)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(cè)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(shí)間剖面")是從平面視圖中分離出特定深度而繪成。時(shí)間剖面在2014年的時(shí)候是應(yīng)用在考古學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)地球物理技術(shù)，這是因?yàn)樗綀D層通常是表示不同時(shí)期文化活動(dòng)最重要的工具。

透地雷達(dá)可利用數(shù)種技術(shù)產(chǎn)生脈沖雷達(dá)波: 步進(jìn)頻率、頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)和噪聲。2009年起市場(chǎng)上也開(kāi)始以數(shù)字信號(hào)處理計(jì)數(shù)在透地雷達(dá)探測(cè)時(shí)立即進(jìn)行訊號(hào)處理，而非探測(cè)結(jié)束后才進(jìn)行。

有一種特殊的透地雷達(dá)系統(tǒng)使用未經(jīng)調(diào)制的連續(xù)波訊號(hào)。這種全息透地雷達(dá)和其他種類的透地雷達(dá)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(dá)的穿透深度相當(dāng)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(tīng)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(dá)可裝設(shè)于車輛上進(jìn)行近距離高速道路探測(cè)，并且即使是待命狀態(tài)，仍然可以進(jìn)行地雷偵測(cè)。

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

透墻雷達(dá)的訊號(hào)可以穿透墻壁，甚至可以當(dāng)作警察的動(dòng)作感應(yīng)器。

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

雷達(dá)的種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。一般分為軍用雷達(dá)。通?？梢园凑绽走_(dá)的用途分類，如預(yù)警雷達(dá)、搜索警戒雷達(dá)、引導(dǎo)指揮雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、測(cè)高雷達(dá)、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、無(wú)線電測(cè)高雷達(dá)、雷達(dá)引信、氣象雷達(dá)、航行管制雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)以及防撞和敵我識(shí)別雷達(dá)等。

按照雷達(dá)信號(hào)形式分類，有脈沖雷達(dá)、連續(xù)波雷達(dá)、脈部壓縮雷達(dá)和頻率捷變雷達(dá)等。

按照角跟蹤方式分類，有單脈沖雷達(dá)、圓錐掃描雷達(dá)和隱蔽圓錐掃描雷達(dá)等。

按照目標(biāo)測(cè)量的參數(shù)分類，有測(cè)高雷達(dá)、二坐標(biāo)雷達(dá)、三坐標(biāo)雷達(dá)和敵我識(shí)對(duì)雷達(dá)、多站雷達(dá)等。

按照雷達(dá)采用的技術(shù)和信號(hào)處理的方式有相參積累和 非相參積累、動(dòng)目標(biāo)顯示、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、脈沖多普勒雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、邊掃描邊跟蹤雷達(dá)。

按照天線掃描方式分類，分為機(jī)械掃描雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等。

按雷達(dá)頻段分，可分為超視距雷達(dá)、微波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)等。

2005年4月19日19-22時(shí),哈爾濱雷達(dá)站觀測(cè)到重力波結(jié)構(gòu),主要利用新一代多普勒天氣雷達(dá)速度場(chǎng)資料對(duì)本次過(guò)程的重力波結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在本次重力波發(fā)生發(fā)展過(guò)程中,徑向速度在水平方向上表現(xiàn)為正負(fù)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(shí)是與垂直方向成一定角度的;重力波波長(zhǎng)約為5km,相 速約為10m/s,周

相控陣?yán)走_(dá)又稱作相位陣列雷達(dá)，是一種以改變雷達(dá)波相位來(lái)改變波束方向的雷達(dá)，因?yàn)槭且噪娮臃绞娇刂撇ㄊ莻鹘y(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)天線面方式，故又稱電子掃描雷達(dá)

相控陣技術(shù)，早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年，美國(guó)首先開(kāi)始這項(xiàng)研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實(shí)用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。80年代，相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，得到了更進(jìn)一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)，它已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)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(jì)，相控陣?yán)走_(dá)隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)兵器的特點(diǎn)，其制造和研究將會(huì)更上一層樓 。