GPR系统最重要的参数是中心频率。一般来说,它决定了雷达的最大穿透深度(如果脉冲的强度不超过大多数国家允许的限制),以及分辨率和探测物体大小的能力。
以下是我们建议的无人机GPR系统及其推荐应用的总结。这里我们列出了拉脱维亚雷达系统公司生产的GPR系统,任何其他具有类似中心频率的GPR系统,都或多或少在穿透深度和分辨率方面有相同的实际参数。
请注意,在某些地方的实际穿透取决于几十个因素——土壤的组成、湿度、温度等。在下表中,我们使用了非典型的“平均”参数的土壤-相对介电常数为9的介质,电导率低,不饱和。
由于在机载使用的情况下(当GPR天线不与地面接触),GPR脉冲能量的很大一部分可以从地面反射回来,无人机的预期穿透深度大概是地面耦合测量的一半。机载测量的推荐高度(或天线与地面之间的距离)应小于天线中心频率对应的空中电磁波长。
在良好的条件下,如非常干燥的沙漠后,穿透深度可达2倍,在更好在理想的条件下(冰雪),穿透深度可以提高3-4倍。干燥或冰雪等条件也非常适合在空中使用:如果保持推荐的高度,雷达的最大穿透深度将会和地面耦合时相差无几。
Zond Aero LF GPR系统可以配备的天线中心频率。请询问欧美大地相关信息。
GPR 天线在规格及应用方面的比较
中心频率(MHz) | 1000 | 500 | 300 | 150 | 100 |
GPR 天线 | Radar Systems Zond Aero 1000 | Radar Systems ZondAero 500 | Radar Systems Zond Aero LF | Radar Systems Zond Aero LF | Radar Systems Zond Aero LF |
地面耦合穿透深度(m) | 0.5-1 | 2-4 | 4-8 | 8-15 | 15-20 |
机载穿透深度(m) | 0.3-0.5 | 1-2 | 2-4 | 4-8 | 7-10 |
机载模式在淡水中的穿透深度, m(电导率 <200µS/cm) | - | 0.25 | 2 | 4 | 7 |
推荐离地高度,天线与地面之间的最大距离, m | 0.3(实际可达 0.6m) | 0.6 | 1.0 | 2.0 | 3.0 |
在推荐离地高度下,可检测的最小尺寸, cm | 7 | 10 | 20 | 35 | 50 |
在推荐离地高度下,深部可检测的最小尺寸 | 11cm-0.5m | 26cm-2m | 50cm-4m | 100cm-8m | 1.8m-15m |
可检测的直线导电物体的最小直径,如金属管或充水的塑料管,cm | 5 | 8 | 13 | 27 | 40 |
可检测的直线非导电物体的最小直径,如一个空的塑料管, cm | 5 | 10 | 17 | 33 | 50 |
微小物体探测 | Y | Y | |||
冰层, 冰雪厚度分析 | Y | Y | Y | Y | |
地质学 ● 表面地层 ● 构造结构 ● 基岩表面 | Y | Y | Y | Y | |
岩土工程测量 ● 空腔探测 ● 岩溶探测 | Y | Y | Y | Y | |
管线探测 ● 线缆 ● 排水管道 ● 天然气管道 ● 石油管道 | Y | Y | Y | ||
地下基础设施探测 | Y | Y | Y | ||
考古学 ● 考古物体 | Y | Y | Y | ||
考古学 ● 地基 ● 坑洞 ● 墓穴 ● 地道 | Y | Y | Y | Y | Y |
取证 | Y | Y | Y | Y | |
淡水测量 | Y | Y | Y | ||
采矿和采石 ● 岩石 ● 破碎带 ● 断层 ● 地缝 | Y | Y | Y |
一些应用建议:
• 一个可检测物体的最小尺寸是指:地下物体投射在地表面投影的直径。有时(取决于GPR移动方向),即使直径是最小探测尺寸两倍的金属片,也有可能无法被检测到。例如,金属片成45度角的位置。
• “最小尺寸”或“最小直径”是指一般情况下不太可能被检测到的物体的尺寸。但这并不能保证比“最小尺寸”或“最小直径”大的物体就一定能被探测到——这将取决于几十个其他因素。
• 不建议使用接近穿透极限、可探测物体的极限大小等,来做调查检测。推荐使用相对保守或冗余的参数值来做调查检测。
• 新入门的GPR用户的一个典型错误就是用最大穿透深度的GPR系统,并试图用它检测较小的地下物体。记住-良好的最大穿透能力意味着探测小物体的分辨率/能力较差。
• 当为一个特定的应用订购一个新的GPR系统时,往往需要同时考虑穿透深度与实际情况。经常有客户要求设计一个最大穿透深度可达20米的管线探测方案。然而,管道/电缆的深度通常为1-2米。这时最好是订购一个500兆赫兹的系统,并且就有可能探测到更小/更薄的物体。
• 即使是少量的水也会破坏所GPR的效果。如果有粘土,那最好等探测区域的粘土或水在旱季或长时间干燥天气后进行调查。
• 电磁波不能穿透盐水。所以GPR不能用于探测海水/咸水的水深。