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第1章 探地雷达起源及特点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12

2.1 电磁波传播的基本规律12

2.1.1 电磁波谱12

2.1.2 麦克斯韦方程组13

2.1.3 本构关系14

2.1.4 探地雷达方法中电磁波的波动性15

2.1.5 电磁波的横波性质16

2.1.6 能流密度矢量17

2.1.7 电磁位函数18

2.2 平面电磁波19

2.2.1 理想介质中的平面波20

2.2.2 导电媒介中的平面波24

2.2.3 平面波的极化28

2.2.4 平面波的反射和透射30

2.2.5 多层介质表面的正入射37

2.2.6 电磁散射39

2.2.7 色散和群速42

习题43

参考文献43

第3章 介质的电性质及对电磁波传播参数的影响44

3.1 介质的电性参数44

3.1.1 介质的电导率44

3.1.2 电介质的极化和介电常数44

3.1.3 矿物的电性质45

3.1.4 岩石的电导率与介电常数46

3.1.5 土壤的电导率和介电常数49

3.1.6 植被的介电常数50

3.1.7 永久冻土的电性参数51

3.1.8 人造介质的电性参数51

3.2 介质电性参数和介质电性参数模型52

3.2.1 介质介电常数与电磁场频率关系52

3.2.2 探地雷达平台53

3.2.3 混合介质的介电常数模型54

3.2.4 介质的介电常数模型55

3.3 电磁波传播参数与介质电性质的关系57

3.3.1 电性参数对相速度的影响57

3.2.2 电性参数对衰减系数的影响59

习题60

参考文献60

第4章 探地雷达仪器系统和工作方法62

4.1 探地雷达仪器和参数62

4.1.1 探地雷达系统的信号调制方式63

4.1.2 探地雷达系统的主要设计参数65

4.2 时间域探地雷达67

4.2.1 时间域探地雷达的基本原理67

4.2.2 GSSI的SIR仪器系列的构成和技术指标68

4.2.3 加拿大EKKO系列探地雷达69

4.2.4 RAMAC/GPR探地雷达系统70

4.2.5 中国电波传播研究所LTD-2100探地雷达70

4.3 FMCW探地雷达72

4.3.1 FMCW雷达探测的基本原理72

4.3.2 FMCW探地雷达74

4.4 步进频率探地雷达78

4.4.1 步进频率探地雷达系统的基本原理78

4.4.2 步进频率探地雷达系统设计方案79

4.4.3 步进频率探地雷达实验系统80

4.5 脉冲探地雷达和步进频率探地雷达的比较81

习题82

参考文献83

第5章 探地雷达天线85

5.1 天线基本元的辐射85

5.1.1 近场区86

5.1.2 远场区87

5.1.3 中间区88

5.2 天线的基本参数89

5.2.1 效率89

5.2.2 输入阻抗90

5.2.3 辐射方向图（波瓣图）90

5.2.4 方向系数91

5.2.5 极化92

5.2.6 增益系数92

5.2.7 有效长度93

5.2.8 工作频带宽度94

5.2.9 天线的屏蔽94

5.2.10 接收天线的电参数95

5.3 探地雷达的天线类型及辐射形式95

5.3.1 天线在探地雷达系统中的作用95

5.3.2 简单的探地雷达辐射系统——线天线96

5.3.3 从线性天线到圆锥形天线、领结形天线、圆柱形天线98

5.4 常见探地雷达天线99

5.4.1 5100型天线100

5.4.2 3101D型天线100

5.4.3 5103型天线101

5.4.4 5106型天线101

5.4.5 3207和3207A型天线102

5.4.6 3200MLF型低频天线102

5.4.7 Subecho-40和Subecho-70天线102

5.4.8 4108型角形天线103

习题103

参考文献103

第6章 探地雷达工作方法104

6.1 探地雷达的测量方式104

6.1.1 反射测量方式104

6.1.2 折射测量方式107

6.2 探地雷达野外测量设计108

6.2.1 探地雷达适用性评价108

6.2.2 目标体特性和测量参数选择112

6.3 探地雷达野外资料评价与注意事项118

6.3.1 资料的验收118

6.3.2 实测中的注意事项及干扰消除方法118

习题119

参考文献120

第7 章探地雷达的数值及物理模拟120

7.1 射线追踪法121

7.1.1 计算方法原理121

7.1.2 收敛性问题124

7.1.3 雷达波的衰减问题124

7.1.4 数值模拟计算124

7.1.5 应用实例125

7.2 有限元法126

7.2.1 雷达波和地震波之间运动学规律的对比127

7.2.2 雷达波有限元正演模拟的实施128

7.2.3 数值模拟129

7.3 时间域有限差分法131

7.3.1 FDTD基本原理131

7.3.2 解的稳定性及数值色散137

7.3.3 吸收边界条件141

7.3.4 FDTD中的常用激励源143

7.3.5 计算实例149

7.4 模型实验152

习题156

参考文献156

第8章 探地雷达数据处理156

8.1 资料整理、数据处理技术要求156

8.2 数据编辑157

8.2.1 数据合并157

8.2.2 废道剔除157

8.2.3 测线方向一致化157

8.2.4 漂移处理157

8.3 常规处理159

8.3.1 数字滤波的原理159

8.3.2 反滤波（反褶积）161

8.4 偏移处理170

8.4.1 偏移归位的概念170

8.4.2 绕射扫描叠加171

8.4.3 相移偏移方法171

8.4.4 基尔霍夫积分偏移方法原理174

8.5 雷达图像的增强处理175

8.5.1 振幅恢复175

8.5.2 道内均衡176

8.5.3 道间均衡176

习题177

参考文献177

第9章 探地雷达数据解释177

引言177

9.1 探地雷达数据解释基础、流程和波形识别178

9.2 典型目标体探地雷达异常特征178

9.3 时间剖面的解释方法182

9.3.1 反射层的拾取182

9.3.2 时间剖面的解释183

9.3.3 雷达波速度的求取184

9.4 属性解释187

9.5 频散介质一维反演188

9.5.1 最小二乘反演方法的基本原理189

9.5.2 反演算例190

习题192

参考文献192

第10章 钻孔雷达193

10.1 钻孔雷达的发展历史及现状194

10.2 钻孔雷达的测量方式194

10.2.1 单孔反射测量196

10.2.2 跨孔测量197

10.2.3 跨孔反射分析197

10.2.4 层析成像分析198

10.2.5 井-地测量（Surface-Borehole Survey）198

10.3 钻孔雷达的数据处理200

10.4 钻孔雷达的应用实例209

10.4.1 南非深部金矿的探测209

10.4.2 加拿大镍-铜矿的应用研究211

10.4.3 确定煤层采空区213

10.4.4 冰川学研究215

10.4.5 水文地质特征215

10.4.6 地下裂缝分布的探测217

习题220

参考文献220

第11章 机载探地雷达222

11.1 发展历史及现状222

11.2 仪器系统及应用227

习题229

参考文献229

第12章 工程探测应用229

12.1 公路工程探测领域229

12.1.1 公路病害检测230

12.1.2 公路结构层厚度检测233

12.1.3 掌子面前方地质超前预报235

12.1.4 隧道衬砌质量检测238

12.2 水利工程探测领域242

12.2.1 堤坝蚁巢、洞穴的探地雷达探测243

12.2.2 水坝渗漏通道探测243

12.2.3 水下工程隐患探测245

12.2.4 江堤滑塌成因探测245

12.3 电力工程探测领域246

12.3.1 不良地质现象探测246

12.3.2 岩性界面划分248

12.3.3 核电站选址勘察249

12.3.4 灰坝渗漏探测250

12.3.5 水电站坝基隐患探测253

12.4 城市建设工程领域254

12.4.1 地下管线探测254

12.4.2 地下建筑结构物探测255

习题255

参考文献256

第13章 水文地质领域256

13.1 河道探测256

13.1.1 古河道探测256

13.1.2 河道堵塞现状探测259

13.2 潜水面探测260

13.3 水深探测261

13.4 冻土层探测262

13.5 落水洞探测264

13.6 水下结构物探测265

13.7 地下水污染探测267

习题269

参考文献269

第14章 环境地质应用269

14.1 地下岩溶探测270

14.1.1 城市区域岩溶探测270

14.1.2 铁路路基地下岩溶探测271

14.2 采空区与洞穴探测272

14.2.1 采空区探测272

14.2.2 土洞与人防工程探测274

14.3 滑坡探测275

14.4 地裂缝探测277

14.5 活动断层的探测与评价278

14.6 垃圾掩埋场地选址与调查280

14.7 地下废弃物调查281

14.8 油气污染的监测282

习题283

参考文献283

第15章 土壤和农业领域283

15.1 测定土壤含水量283

15.2 土壤层与基岩层深度探测286

15.3 碱化层厚度探测287

15.4 洪积扇区砾石层厚度探测291

15.5 土壤污染探测292

习题293

参考文献294

第16章 考古探测应用294

16.1 遗址勘查295

16.1.1 日本群马县浮石层下的遗址构造调查295

16.1.2 古矿坑遗址探测296

16.2 古墓勘查297

16.2.1 日本南九州地下横墓穴297

16.2.2 西都原古坟群第100号坟299

16.2.3 西都原古坟群第111号坟302

16.3 文物保护303

16.3.1 古塔结构探测303

16.3.2 云冈石窟维护探测305

习题305

参考文献306

第17章 极地探测和星球探测应用307

17.1 高山冰川308

17.2 极地积雪309

17.3 冰碛地层310

17.4 冰架311

17.5 裂隙311

17.6 星球探测312

17.6.1 月球探测312

17.6.2 火星探测314

习题315

参考文献315

第18章 地雷和未爆炸弹探测316

18.1 地雷和未爆炸弹316

18.1.1 地雷316

18.1.2 未爆炸弹（UXO）317

18.2 地雷和未爆炸弹探地雷达响应特征317

18.2.1 极化特征318

18.2.2 埋藏环境影响320

18.2.3 杂波影响320

18.3 专用探地雷达系统设计321

18.3.1 工作频带321

18.3.2 天线系统322

18.3.3 系统稳定性323

18.4 信号处理和成像323

18.4.1 处理流程323

18.4.2 探地雷达测量地表地形326

18.4.3 多次覆盖提高信杂比329

18.4.4 偏移成像329

习题331

参考文献331