平均时间幅度(ATA)图的功能–第2部分
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平均时间幅度(ATA)图的功能–第2部分

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对GPR横截面中所有迹线的平均幅度进行抽签可显示响应特性与传播时间(或深度)的关系,并为用户提供有关数据性质的见解和关键理解。

在我们关于ATA图的故事的第1部分中 2018年XNUMX月地下视图,我们专注于如何将平均时间幅度(ATA)图用于:

  • 量化背景噪音水平
  • 确定GPR渗透的深度
  • 分析深度的GPR信号衰减

在本文中,我们将继续研究ATA绘图的功能。 它们如何提供对发射脉冲的洞察力,以及如何帮助识别相干系统噪声和空气波。
 
发射脉冲
 
ATA图中的最高幅度信号通常是直接波。 该信号直接从发射器传播到接收器。 在某些情况下,直接信号可能会超过接收电子设备可容纳的最大值,从而导致峰值记录电压小于真实值。 这称为信号削波。 当知道峰值接收器检测电平时,ATA曲线会迅速指示发射脉冲(图1)是否被削波。 图1中的示例显示了峰值记录范围为+/- 50毫伏的接收器信号。 如图所示,超过50 mV的信号被“剪裁”。

很多显示了削波的发射脉冲
图1
ATA图显示了削波的直接波脉冲。 记录接收器电子设备的峰值信号极限为+/- 50 mV。

 

削波后的发射脉冲会影响背景减法滤波器的使用(用于显示被较高幅度的发射脉冲掩盖的较弱信号)。 如果数据被裁剪,则在裁剪区域中不会检测到目标响应。 这种效应通常称为发射机消隐。 如果对于给定的测量,浅反射器不重要,则可以使用限幅的发射脉冲。

对于完全双静态GPR系统,可以通过将两个GPR天线进一步分开来减少或消除削波。 其他方法是降低发射机功率或降低接收机增益(从而降低接收机灵敏度)。 所有这些选项在最新的pulseEKKO®系统中可用,用户可以独立移动每个天线,调整发射器电压或更改接收器增益(对于新的Ultra Receiver)。 GPR系统(例如NOGGIN®,LMX®和CONQUEST®)具有固定间隔的天线,并且设计成在系统接地时不会截断信号。

 
相干噪声
 
GPR系统具有挑战性的方面之一是时不变相干噪声的存在。 这些信号在GPR系统本身内部产生,并与在电子设备内部或在相关的电缆和支撑结构上传播的信号相关。 在极端情况下,这些信号在雷达截面上显示为恒定波段,并掩盖了所有地下响应。

ATA曲线对于评估时间(和空间)相干噪声水平非常有帮助。 当沿着在深度和空间位置不同的目标发生大量变化的断面采集数据时,ATA图应显示出平滑衰减的响应。 衰减响应曲线上存在局部峰值表示相干噪声。

图2显示了ATA曲线图,该图以横截面为周期性带状形式的相干系统噪声为例,该噪声是由信号在天线附近的金属电缆上移动引起的。

ATA图
图2
应该分析破坏ATA曲线中平滑衰减曲线的高振幅信号,以确定它们是由真实的地下反射器,系统噪声还是空气波引起的。 在这种情况下,放置不良的金属电缆会导致在ATA图和GPR横截面中均可见带状或“环状”。

 

通常使用背景减法来减少这些相干信号,并且在良好情况下可以将噪声降低10到100倍。 由于在认真的GPR调查中,目标响应通常比直接波信号小10到100,000倍,因此背景减法并不是获得最佳结果的完全可靠的方法。 微弱的信号可能仍会在噪声中丢失,并且背景减法将减少或消除相对平坦的反射镜。

认真关注系统设计和组件组装是最小化此类噪声的最佳方法。 我们通常会告诉新的GPR购买者在选择系统时评估相干系统噪声的水平,并在不使用背景减法滤波的情况下检查数据

 
空气波
 
在GPR信号衰减到背景噪声水平之后,可以看到从表面上方的物体(如树木,建筑物,天花板(当在建筑物内进行GPR测量时))和檐篷反射的信号。 这些反射被称为“空气波”,因为信号以光速在空气中传播。 当时间窗口远大于穿透深度时,通常会看到空气波(图3)。

线底部的宽双曲线是来自与测量线相邻的物体的空气波
图3
线底部的双曲线是来自与测量线相邻的物体的空气波。 使用双曲线拟合方法校准速度会产生光速(0.30 m / ns或0.984 ft / ns)。

 

有时在ATA图上,后来发生的振幅事件实际上是真正的地下反射器(图4)。 ATA曲线图的一大优势在于能够评估GPR横截面中出现的信号的相对幅度。 作为解释的一部分,可以权衡深弱信号是真正的地下目标的可能性。

地下反射器
图4
ATA图中的高幅度尖峰是由相对平坦的层下面的反射引起的,如右图的GPR线图所示。

 
虽然我们在这里不作说明,但在应用时变增益函数之前和之后显示截面的ATA图将有助于评估弱信号被强烈放大时最终截面的可靠性。
 
总结
 
ATA图可在 处理模块EKKO_Project™ 软件。 这种类型的处理提供了一个功能强大的工具,使用户能够对GPR数据进行最佳解释。 区分噪声与真正的地下反射器的能力虽然并不总是很容易确定,但这意味着最终用途中GPR数据的值得到了增强。 每个人的真正价值是避免对数据的误解。 要了解有关ATA绘图和其他功能强大的解释工具的更多信息,请联系我们或观看我们有关数据分析的在线视频之一。

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