[实用新型]一种共中心点探地雷达数据自动快速测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及探地雷达，具体是涉及一种共中心点探地雷达数据自动快速测量系统。

背景技术

探地雷达(ground penetrating radar,简称GPR)是一种公认的近地表地球物理方法，在过去的二十年来，探地雷达在硬件开发、数据处理和成像方法等方面取得了一系列的研究成果，并已经在地下探测、工程结构质量检测、环境监测和考古勘探等领域得到了成功应用。由于探地雷达数据解释需要一定的专业知识，非专业技术人员使用比较困难，制约了其在一些工程领域进一步推广应用。开发一些鲁棒的探地雷达定量表征和反演分析技术将是探地雷达方法实现第二次飞跃的关键所在。

探地雷达一般采用共偏移距(common-offset,简称CO)的工作模式。发射天线和接收天线之间的距离是固定的，两者一起在地表移动并探测来自地下目标的反射信号。为了定量地反演地下介质的电磁参数，探地雷达通常需要采集多天线偏移距数据，即在同一个位置逐步改变发射天线和接收天线之间的偏移距并采集来自地下目标的多次覆盖数据。

共中心点数据是多天线偏移距数据的最重要的数据采集方式之一。图1为共中心点(common mid-point,简称CMP)探地雷达探测方法的示意图。图中x为收发天线之间的距离，ε为所探测介质的介电常数，w为所探测介质的含水率，d为层状介质的厚度。发射天线T_X1、T_X2、T_X3、T_X4、T_X5和接收天线R_X1、R_X2、R_X3、R_X4、R_X5均置于地表，并向相反方向移动，逐步增大天线偏移距，采集来自地下目标的多次覆盖数据。采用速度谱等鲁棒方法对共中心点探地雷达数据进行分析可高精度地定量反演地下层状介质的介电参数，该方法已经在不同工程应用中得到了验证。另一方面，共中心点多通道探地雷达数据比单通道的共偏移距数据所容纳信息量大，通过叠加后可大大提高信号的信杂比和信噪比。

然而，目前共中心点探地雷达数据通常采用两个人手动移动天线的方式来采集。数据采集时间长，劳动强度大。另外，手动控制天线位置的工作方式会不可避免地给收/发天线偏移距引入误差，这已经被证明是后续的介电参数反演结果误差的主要来源。因此，开发一种共中心点探地雷达数据的自动快速采集系统，不仅具有重大的研究意义，而且具有广阔的工程 应用推广前景。

发明内容 

本实用新型的目的在于提供一种共中心点探地雷达数据自动快速测量系统。

本实用新型设有共中心点探地雷达数据自动测量装置、计算机、雷达主机；所述共中心点探地雷达数据自动测量装置设有传动螺母、左螺旋杆、右螺旋杆、管箍、探地雷达发射天线、探地雷达接收天线和步进马达；步进马达设于左螺旋杆的一端，左螺旋杆的另一端通过管箍与右螺旋杆连接；探地雷达发射天线通过传动螺母固定在左螺旋杆上，并位于步进马达与管箍之间；探地雷达接收天线通过传动螺母固定在右螺旋杆上；计算机通过数据线与步进马达和雷达主机连接，步进马达和雷达主机用于分别同步控制探地雷达发射天线和探地雷达接收天线的位置移动以及雷达数据采集，步进马达通过传动左螺旋杆和右螺旋杆控制探地雷达发射天线和探地雷达接收天线的位置并使探地雷达发射天线和探地雷达接收天线向相反方向等距移动；雷达主机控制探地雷达发射天线向地下介质辐射高频电磁波，并由探地雷达接收天线记录来自地下目标的反射回波；步进马达对探地雷达发射天线和探地雷达接收天线的控制和雷达主机对雷达数据的采集分别由计算机同步实现，从而有效地实现共中心点雷达数据的快速采集。

其中两个传动螺母主要用于分别传动探地雷达发射天线和探地雷达接收天线在左螺旋杆和右螺旋杆的等距相向移动；左螺旋杆和右螺旋杆用于承载探地雷达接收天线和探地雷达发射天线的等距反向移动；管箍用于连接左螺旋杆和右螺旋杆并使其同步转动；探地雷达发射天线用于向地下介质辐射高频电磁波脉冲信号；探地雷达接收天线用于接收和采集来自地下目标的回波信号。

本实用新型可用于地下层状介质介电常数及厚度的定量表征和反演分析。本实用新型由计算机分别通过一个步进马达和一个雷达主机同步控制收/发天线的位置移动和雷达数据采集，步进马达通过转动一根左螺旋杆和一根右螺旋杆可高精度控制收/发天线的位置并使其反向等距移动。