了解 GPR 数据中的外部噪声
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了解 GPR 数据中的外部噪声

探地雷达操作员应该能够识别其探地雷达勘测数据中的外部噪声。 快速识别并尽可能避免对数据的干扰将帮助您改进 GPR 解释和最终结果。

我们都分享了在路上开车和听广播时突然有干扰的经历。 有时干扰很微弱,我们可以听到电台,但必须有点紧张; 其他时候,车站完全被噪音淹没,上面什么也听不见。 同样的事情也可能发生在 GPR 信号上,因为它们与 FM 广播电台、CB 收音机、手机、对讲机、2 路收音机和其他无线电设备处于相同的频段。

对于 GPR 操作员来说,这些外部无线电源是 外部噪音.

不管是车载收音机还是 GPR 系统,噪声的定义都是一样的:带内、不需要的信号。 如果您的深度(或时间窗口)设置足够长,则可以在每条 GPR 线的底部看到背景无线电噪声, (图1,左) 当应用时间增益时,作为随机或类似哈希的信号。

平均迹线幅度 (ATA) 图是比较背景噪声水平和 GPR 信号强度的绝佳方式, (图1,右). 在这种情况下,平均背景噪声约为 0.9 mV,而峰值 GPR 信号约为 50 mV。

ATA 图以图形方式显示 GPR 信号衰减到背景噪声水平的 GPR 时间; 换言之,GPR 信号的时间不再能与噪声区分开来。 这是探地雷达穿透的最大深度。

图1
GPR 数据线(左)和平均迹线幅度图(右),典型背景噪声水平为 0.9 mV,峰值 GPR 信号幅度为 50 mV。

噪音水平在 图1 不禁止使用 GPR,因为它比 GPR 信号弱得多。 当噪声信号的强度与 GPR 信号相似或更大时,就会出现最坏情况下的噪声。 当遇到这种类型的噪声时(在示例中为 7 m 深度),本底噪声会升高到非常高的水平,并且如 ATA 图所示,GPR 探测深度受到严重影响; 在某些情况下,GPR 数据可能无法使用。

图2 显示来自一个非常嘈杂的站点的数据,该站点距离无线电发射塔不到 100 米。 外部无线电发射器在 GPR 接收器的带宽内产生 20 mV 的背景噪声水平,并完全压倒 GPR 信号,导致几乎没有 GPR 信号穿透并使数据完全无用。

图2
GPR 数据线(左)和平均迹线幅度图(右)来自噪声水平特别高的站点。 数据中唯一可见的 GPR 信号是发射脉冲,穿透深度可以忽略不计。

背景噪声水平是限制 GPR 信号穿透的因素之一。 比较图 1(7.5 米)和图 2(1.0 米)的穿透深度。 如果图1中的噪声和衰减水平与图2中的数据相同,则数据来自同一站点,因此具有相同的探地雷达信号衰减,极端噪声使穿透深度减少了6.5米!

抑制图 1 和图 2 所示的随机噪声类型的一种方法是增加堆栈的数量 (图3) . 这是 Sensors & Software 在 NOGGIN® Ultra 100 和 pulseEKKO® Ultra 接收器中采用的 Ultra 接收器技术的基础。 Ultra-Receiver 比标准接收器快一千倍,将最大堆栈数从 2048 增加到 65,536。 有关 Ultra Receiver 如何降低噪声以增加 GPR 穿透深度的更多信息,请参阅 https://www.sensoft.ca/blog/ultra-receiver-revolutionizing-low-frequency-data/.

图3
使用标准接收器堆叠 64 次(左)和 pulseEKKO® Ultra 接收器堆叠 8192 次(右)在同一地点收集的 GPR 数据。 较高的堆叠可减少随机背景噪声,从而可以看到来自深度的较弱 GPR 信号。 在此示例中,右侧较高的堆叠显示了 9 米深度处的目标,该目标在左侧线中不可见,由于噪声,堆叠较少。

图 1 到 3 都显示了随机噪声,但背景噪声可以根据无线电发射设备的性质呈现出各种模式。 有时它会出现在狭窄的空间位置区域 (图 4a) , 随着时间的推移淡入淡出 (图 4b) ,或具有周期性模式 (图 4c) . 周期性噪声模式可能是由源启动和停止传输或改变位置引起的。 旋转定向发射天线(例如在机场发现的天线)可能会将信号导向 GPR,然后再离开。

GPR 系统如何接收外部噪声的其他变量是天线带宽、到噪声源的距离以及 GPR 天线相对于噪声源的方向。

图4a
一阵短暂的噪音爆发。 请注意,噪声在 GPR 发射器在时间 = 0 ns 之前触发之前是可见的,这意味着它来自外部源而不是 GPR 系统。

图4b
随着时间的推移,噪音会逐渐淡入和淡出。

图4c
噪声的周期性模式,可能来自旋转发射源,例如机场雷达天线。

图4d
不寻常的倾斜噪声模式。

图4d 显示了一个有趣的倾斜噪声模式,几乎是连贯的。 这意味着外部噪声源以类似于 GPR 系统的重复率传输。

确认 GPR 线路中的可疑信号是外部噪声而不是由 GPR 系统或真实 GPR 反射以某种方式产生的最佳方法是查看第一次中断(或零时间)之前的数据; 所有传感器和软件系统在 GPR 发射器触发前收集大约 10% 的数据(图 4a、b 和 c)。 如果区间深处的信号与第一次断点前的信号相同,则信号源肯定是外部的。

对于绝大多数 GPR 勘测来说,噪声不是问题,但操作员应该在它发生时识别它。 当它确实对 GPR 调查产生不利影响时,请考虑在无线电发射机关闭或更弱的不同时间进行调查; 许多广播电台在夜间降低发射功率。 此外,运行一些测试线以查看当在某个方向(通常与噪声源正交)收集测量线时噪声是否降低。

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