Die Lotung der durchschnittlichen Amplitude aller Spuren in einem GPR-Querschnitt zeigt den Reaktionscharakter im Verhältnis zur Laufzeit (oder Tiefe) und liefert dem Benutzer Einblicke und wichtige Erkenntnisse über die Art der Daten.
In Teil 1 unserer Geschichte über ATA-Plots in unserem Juli 2018 Untergrundansichtenhaben wir uns auf die Verwendung des ATA-Diagramms (Average Time-Amplitude) konzentriert für:
- Quantifizierung des Hintergrundgeräuschpegels
- Bestimmung der GPR-Eindringtiefe
- Analyse der GPR-Signaldämpfung mit Tiefe
In diesem Artikel befassen wir uns weiterhin mit der Leistungsfähigkeit von ATA-Plots. wie sie Erkenntnisse über den Sendeimpuls liefern und dabei helfen können, kohärentes Systemrauschen und Luftwellen zu identifizieren.
Übertragener Impuls
Das Signal mit der höchsten Amplitude in einem ATA-Diagramm ist normalerweise die direkte Welle. Dieses Signal gelangt direkt vom Sender zum Empfänger. In einigen Fällen kann das direkte Signal den Maximalwert überschreiten, den die Empfangselektronik verarbeiten kann, was dazu führt, dass die aufgezeichnete Spitzenspannung unter dem tatsächlichen Wert liegt. Dies wird als Signal-Clipping bezeichnet. Wenn der Spitzenwert der Empfängererkennung bekannt ist, zeigt ein ATA-Diagramm schnell an, ob der Sendeimpuls (Abbildung 1) abgeschnitten ist. Das Beispiel in Abbildung 1 zeigt Signale für einen Empfänger mit einem Spitzenaufzeichnungsbereich von +/- 50 Millivolt. Signale, die 50 mV überschreiten, werden „abgeschnitten“, wie die Grafik zeigt.
Ein abgeschnittener Sendeimpuls kann die Verwendung eines Hintergrundsubtraktionsfilters beeinträchtigen (der verwendet wird, um schwächere Signale aufzudecken, die durch den Sendeimpuls mit höherer Amplitude maskiert werden). Wenn Daten abgeschnitten werden, werden Zielreaktionen im Abschneidebereich nicht erkannt. Dieser Effekt wird oft als Senderaustastung bezeichnet. Wenn flache Reflektoren für eine bestimmte Untersuchung nicht von Interesse sind, ist ein abgeschnittener Sendeimpuls akzeptabel.
Bei vollständig bistatischen GPR-Systemen kann das Clipping reduziert oder beseitigt werden, indem die beiden GPR-Antennen weiter auseinander bewegt werden. Andere Ansätze bestehen darin, die Sendeleistung zu reduzieren oder die Empfängerverstärkung (und damit die Empfängerempfindlichkeit) zu verringern. Alle diese Optionen sind in den neuesten pulseEKKO®-Systemen verfügbar, bei denen der Benutzer jede Antenne unabhängig bewegen, die Senderspannung anpassen oder die Empfängerverstärkung ändern kann (im Fall des neuen Ultra Receivers). GPR-Systeme wie NOGGIN®, LMX® und CONQUEST® verfügen über Antennen mit festem Abstand und sind so konzipiert, dass Signale nicht abgeschnitten werden, wenn sich das System am Boden befindet.
Kohärentes Rauschen
Einer der herausfordernden Aspekte von GPR-Systemen ist das Vorhandensein von zeitinvariantem kohärentem Rauschen. Diese Signale werden innerhalb des GPR-Systems selbst erzeugt und sind mit Signalen verknüpft, die innerhalb der Elektronik oder auf der zugehörigen Verkabelungs- und Stützstruktur übertragen werden. Im Extremfall erscheinen diese als konstante Bänder über einen Radarabschnitt und überdecken alle Reaktionen unter der Oberfläche.
ATA-Diagramme sind sehr hilfreich für die Beurteilung des Ausmaßes des zeitlich (und räumlich) kohärenten Rauschens. Wenn Daten entlang eines Transekts erfasst werden, bei dem es erhebliche Änderungen mit Zielen in unterschiedlichen Tiefen und räumlichen Positionen gibt, sollte das ATA-Diagramm eine sanft abfallende Reaktion zeigen. Das Vorhandensein lokalisierter Spitzen auf der abfallenden Antwortkurve weist auf kohärentes Rauschen hin.
Abbildung 2 zeigt ein ATA-Diagramm mit einem Beispiel für kohärentes Systemrauschen in Form einer periodischen Streifenbildung über den Querschnitt, die durch Signale verursacht wird, die sich auf einem Metallkabel in der Nähe der Antennen bewegen.
Um diese kohärenten Signale zu reduzieren, wird häufig eine Hintergrundsubtraktion eingesetzt. In guten Fällen kann eine Rauschreduzierung um das 10- bis 100-fache erreicht werden. Da bei ernsthaften GPR-Erhebungen die Zielreaktionen im Allgemeinen 10 bis 100,000 Mal kleiner sind als die direkten Wellensignale, ist die Hintergrundsubtraktion kein völlig zuverlässiger Ansatz, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Schwache Signale gehen möglicherweise immer noch im Rauschen verloren und durch die Hintergrundsubtraktion werden relativ flach liegende Reflektoren reduziert oder eliminiert.
Eine ernsthafte Beachtung des Systemdesigns und der Komponentenmontage ist der beste Weg, diese Art von Lärm zu minimieren. Wir empfehlen neuen GPR-Käufern im Allgemeinen, bei der Auswahl eines Systems den Grad des kohärenten Systemrauschens zu bewerten und die Daten ohne Hintergrundsubtraktionsfilterung zu untersuchen
Luftwellen
Nachdem die GPR-Signale auf den Hintergrundgeräuschpegel abgeschwächt sind, ist es möglich, Signale zu erkennen, die von Objekten über der Oberfläche wie Bäumen, Gebäuden, Decken (wenn die GPR-Vermessung innerhalb eines Gebäudes durchgeführt wird) und Vordächern reflektiert werden. Diese Reflexionen werden „Luftwellen“ genannt, da sich die Signale mit Lichtgeschwindigkeit durch die Luft ausbreiten. Luftwellen treten häufig dann auf, wenn das Zeitfenster viel größer ist als die Eindringtiefe (Abbildung 3).
Es gibt Zeiten, in denen sich Amplitudenereignisse zu späteren Zeitpunkten auf einem ATA-Diagramm als echte Untergrundreflektoren herausstellen (Abbildung 4). Einer der großen Vorteile von ATA-Diagrammen besteht darin, dass sie die relative Amplitude von Signalen beurteilen können, die im GPR-Querschnitt auftreten. Im Rahmen der Interpretation kann die Wahrscheinlichkeit abgewogen werden, dass es sich bei einem tiefen schwachen Signal um ein echtes unterirdisches Ziel handelt.
Auch wenn wir es hier nicht veranschaulichen, hilft die Anzeige des ATA-Diagramms eines Abschnitts vor und nach der Anwendung zeitlich variierender Verstärkungsfunktionen bei der Beurteilung der Zuverlässigkeit des endgültigen Querschnitts, wenn schwache Signale stark verstärkt werden.
Fazit
ATA-Plots sind im verfügbar Verarbeitungsmodul EKKO_Project ™ Software. Diese Art der Verarbeitung stellt ein leistungsstarkes Werkzeug dar, mit dem Benutzer die GPR-Daten bestmöglich interpretieren können. Die Fähigkeit, Rauschen von echten Untergrundreflektoren zu unterscheiden, ist zwar nicht immer einfach zu bestimmen, bedeutet aber, dass der Wert der GPR-Daten für die Endverwendung erhöht wird. Der wahre Wert für alle besteht darin, Fehlinterpretationen von Daten zu vermeiden. Um mehr über ATA-Diagramme und andere leistungsstarke Interpretationshilfen zu erfahren, kontaktieren Sie uns oder sehen Sie sich eines unserer Online-Videos zur Datenanalyse an.
