了解 GPR 分辨率和目标检测
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了解 GPR 分辨率和目标检测

GPR 分辨率经常被误解,但对您的 GPR 应用程序可能至关重要。 在这篇 TIPS 文章中了解有关 GPR 分辨率的更多信息。
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解决方案是一个在 GPR 对话中经常出现的术语,但经常会被误解。 在讨论电脑屏幕或电视时,它指的是像素数,但 GPR 分辨率不同。 GPR 分辨率是指将两个相距很近的目标分离为不同对象的能力。 换句话说,将它们作为单独的目标解决的能力。

中的图像 图1 显示了地表 GPR 系统的 GPR 发射器 (T) 和 GPR 接收器 (R)。 在它们下方,左侧是两个物体(1 和 2),直接在另一个之上,相隔一定距离 Δr(物体 1 埋在深度 r 处)。 右侧是两个并排的物体(1 和 2),均埋在深度 r 处,并相隔一定距离 ΔƖ。

图1
定义垂直(左)和水平(右)GPR 分辨率。

为了计算 Δr 和 ΔƖ,分别是所谓的垂直和横向分辨率,我们需要考虑 GPR 信号的波长,λc ,这是:

其中,v 是 GPR 波在介质中的速度,并且 fc 是所用 GPR 系统的中心频率。

为了让 GPR 接收器看到两个不同的物体,第二次反射必须在时间上与第一次反射足够分开,以便 GPR 接收器将看到两个不同的返回。 出于空间考虑,我们跳过了推导,只是将结果方程呈现如下:

垂直分辨率由下式计算:

水平分辨率由下式计算:

得到的 Δr 和 Δl 值是要分辨为不同的对象所需的最小间隔。 请注意,垂直分辨率仅取决于波长,而水平(横向)分辨率取决于目标的波长和深度。 本质上,你走得越深,你的水平分辨率就越差。

一些 GPR 天线中心频率的水平和垂直分辨率表计算如下:

例如,当使用 1000 MHz 中心频率 GPR 系统进行测量时,我们可以使用横向分辨率方程来计算解析钢筋所需的最小水平间距。 假设 GPR 波速为 0.1 m/ns,Δl 为 0.07m。 图 2 显示了具有可变间距的钢筋上的 1000 MHz 数据。 在该图中,间距为 15 厘米和 10 厘米的钢筋明显可分辨,间距为 7 厘米的钢筋只是可分辨的(正如横向分辨率方程所预测的那样),而间距为 3 厘米的钢筋不能作为单独的对象进行分辨。

图2
在 4 个不同的水平间距处的三个钢筋。 理论计算表明,间距小于 7 厘米的钢筋不能作为单独的对象进行解析,本例显示了这一点。

我们还可以使用距离分辨率方程来计算对于特定 GPR 天线频率可以解析的最薄层。 图3 显示了使用两个不同天线在同一站点收集的 GPR 横截面。 与低频 200 MHz 天线相比,高频 50 MHz 天线能够更好地解决更多边界和更薄的层。

图3
在检测较薄层的顶部和底部时,较高中心频率的 GPR 天线(200 MHz,右)比较低中心频率的 GPR 天线(50 MHz,左)具有更高的分辨率。 为了确认,计算红色矩形中不同反射器的数量。

需要高分辨率来测量薄层的常见应用是测量混凝土或沥青的层厚。 在沥青的情况下,层通常只有几厘米厚,因此需要高中心频率 GPR 系统来观察层顶部和底部的反射以测量其厚度。

另一个相关的应用是能够看到非金属管道的底部。 如果顶部和底部的反射相隔足够长的时间,您可能会将管道底部视为明显的反射,从而可以估算管道直径(仅当您知道管道内容时)。 测量管径被覆盖在 2020年XNUMX月通讯.

请记住,这些计算值是理论值。 现实情况是,还涉及其他因素,例如背景噪声和数据中的杂波,这可能会使辨别紧密间隔的双曲线或层边界反射变得有点困难。 因此,使用这些方程来获得该领域预期结果的近似值。

为您的应用选择合适的系统中心频率以提供最佳数据至关重要。 如果您正在寻找距离很近的目标,了解分辨率的局限性同样重要。

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