Die Leistung von ATA-Plots (Average Trace Amplitude)

Aufzeichnen des Durchschnitts aller Spuren in a GPR Der Querschnitt zeigt das Antwortzeichen im Verhältnis zur Zeit und bietet dem Benutzer Einblicke und wichtige Erkenntnisse über die Art der Daten.
 

GPR-Linien werden üblicherweise in verschiedenen Farben basierend auf der Signalamplitude angezeigt (Abbildung 1a). Der beste Weg, um Trace-Daten anzuzeigen, besteht darin, die GPR-Daten als Wackel-Trace zu zeichnen (Abbildung 1b). Ein Wackelkurvendiagramm zeigt die Amplituden des Signals als Ablenkungen von der Amplitude Null.

Abbildung 1:

GPR-Linie in Spuren mit variabler Farbe (Graustufen) (a) und Wackelspur (b). Um ein ATA-Diagramm zu erstellen, werden alle Spuren korrigiert (c) und dann zu einer einzelnen Spur gemittelt (d).

Um ein ATA-Diagramm zu erstellen, werden alle Spuren einer GPR-Leitung gleichgerichtet (auch als Absolutwert bezeichnet), um die negativen Signalamplituden zu entfernen und alle Signale als positive Amplituden anzuzeigen (Abbildung 1c). Anschließend werden die gleichgerichteten Spuren zu einer einzigen Spur gemittelt (Abbildung 1d). Die Mittelung gleichgerichteter Daten bedeutet, dass das Rauschen und die Signale alle im resultierenden Durchschnitt enthalten sind.

ATA-Diagramme werden normalerweise mit der durchschnittlichen Spur auf der Seite aufgezeichnet (Abbildung 2). Zeit in X-Richtung und Amplitude in Y-Richtung. Da die GPR-Signalamplituden einen so großen Dynamikbereich aufweisen, wird das Diagramm der durchschnittlichen Spurenamplitude normalerweise mit einer logarithmischen Amplitudenskala aufgezeichnet.

1. Das Diagramm kann zur Bewertung und Quantifizierung von zufälligem Rauschen und der Eindringtiefe der GPR-Signale verwendet werden
2. Flach liegende Reflektoren werden hervorgehoben; Reflektoren, die eintauchen oder in der Tiefe variieren, werden herausgemittelt
3. Kohärentes Systemrauschen, das zeitinvariant ist, wird im ATA-Diagramm angezeigt und kann als solches diagnostiziert werden
4. Das Diagramm zeigt, ob die GPR-Signale abgeschnitten werden
5. Die Abklingkurve der Amplitude mit der Zeit ist ein gutes Maß für die Bodendämpfung
6. Die ATA-Amplitudenverringerung bietet einen Leitfaden für die geeignete Zeitverstärkungsfunktion, die auf Daten angewendet werden soll

In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Verwendung des ATA-Diagramms (Average Trace-Amplitude) für a und e.

Abbildung 2:

Durchschnittliche gleichgerichtete Spur in logarithmischer Skala. A und D = Hintergrund-HF-Rauschen, B = Sendeimpuls und C = Dämpfungssignale. Die „Tiefe der GPR-Penetration“ ist die Tiefe, die GPR-Signale bis zum HF-Grundrauschen gedämpft haben.

Der GPR-Empfänger beginnt mit der Aufzeichnung, bevor der GPR-Sender ausgelöst wird, was nur zu Hintergrundrauschen (RF) in den Daten führt (A in den Abbildungen 2 und 3).

Nach dem Auslösen des GPR-Senders ist das Signal mit der höchsten Amplitude in einem ATA-Diagramm normalerweise das direkte Eintreffen des GPR-Sendeimpulses beim Empfänger. Dieses Signal wandert mit Lichtgeschwindigkeit durch die Luft (B in den Abbildungen 2 und 3). Dies wird als "direkte Luftwelle" bezeichnet.

Nach dem direkten Impuls sind am Empfänger ankommende GPR-Signale schwächer, da sie nach dem Durchlaufen des Untergrunds gedämpft wurden. Je weiter sich die GPR-Signale im Boden bewegen, desto schwächer sind sie und desto später kommen sie an (C in den Abbildungen 2 und 3).

Nachdem alle GPR-Signale gedämpft wurden, zeichnet der Empfänger erneut das Hintergrund-HF-Rauschen auf (D in den 2 und 3).

Abbildung 3:

Darstellung der vom GPR empfangenen Signaltypen

Die Tiefe, in der GPR-Signale die gleiche Amplitude wie das Hintergrundrauschen haben (sodass sie nicht mehr unterschieden werden können), wird als GPR-Eindringtiefe definiert. Diese Eindringtiefe hängt von den elektrischen Eigenschaften des Materials ab (Abbildung 5).

Hintergrund RF-Rauschen

Bevor der GPR-Sender ausgelöst wird, zeichnet der GPR-Empfänger andere Hochfrequenzsender in seiner Bandbreite auf (A in Abbildung 2). In dem Beispiel in 2 beträgt das Hintergrundrauschen ungefähr 0.004 Millivolt.

Beispiele für ATA-Diagramme von 100-MHz-Daten mit zufälligem Hintergrundrauschen zwischen 0.03 und 2 mV (66x stärker) sind in Abbildung 4 dargestellt. Das Hintergrundrauschen kann je nach HF-Umgebung sehr unterschiedlich sein - Gebiete, normalerweise städtische Gebiete, mit vielen starken Funksendern kann mit wenigen HF-Emittern 1000-mal stärkere Signale als andere, abgelegenere oder ländlichere Gebiete erzeugen.
Hohe Hintergrundgeräusche verringern die Tiefe der GPR-Penetration.

Abbildung 4:

ATA-Diagramme mit unterschiedlichen Pegeln von Hintergrund-Hochfrequenzrauschen.

Die ATA-Diagramme zeigen, dass die GPR-Amplituden mit der Zeit abnehmen. Abbildung 5 zeigt extreme Dämpfungskurven von 100-MHz-Antennen. Die rote Linie fällt sehr allmählich ab, was auf eine geringe Dämpfung und eine tiefe GPR-Signalpenetration hinweist. Tatsächlich hat sich das Signal bei 850 ns (ca. 45 m) immer noch nicht bis zum Grundrauschen gedämpft. Dies bedeutet, dass der Bediener tiefer gesehen hätte, wenn er ein längeres Zeitfenster eingestellt hätte. Die grüne Linie zeigt eine höhere Dämpfung, wobei das GPR-Signal schnell in das Hintergrundrauschen fällt, was auf eine begrenzte GPR-Signalpenetration an dieser Stelle hinweist.

Abbildung 5:

Niedrige (rote Linie) und hohe (grüne Linie) Dämpfungskurven.