GPR术语表–时间和频率

上一篇关于行话的博客是出于对我们在 GPR 社区中偏离基本原理的程度感到沮丧。 一般用户社区显然不容易理解我们的设备和方法。 教新用户使问题变得非常清楚。 让我们以某人将他们的测量仪器描述为 100 MHz GPR 为例。 除非您知识渊博，否则您会对测量系统产生完全错误或误导性的印象。 我对使用“100 MHz”这个词感到非常不满。 我们允许一个完全不合适的术语进入我们的词典，以至于描述 GPR 设备的术语不再与测量过程的物理相关。

50 年前我第一次接触 GPR 世界时，还没有探地雷达这个词！ 事实上，使用的术语是“脉冲”雷达。 当我研究术语“脉冲”时，我被引导到另一个术语“基带”雷达。 基带比较迟钝，是电气工程界的行话。

脉冲雷达从发射脉冲的物理原理来看是有意义的。 此外，GPR 的真正目标是测量地面的“脉冲响应”。 再一次，这是行话，但既扎实又直观的理解是，系统对脉冲的响应是描述系统的有力方式，并且与物理学直接相关。 我们在日常生活中经常看到脉冲响应的概念。 一声巨响（“声学”脉冲）可以产生一系列我们可以听到的回声，而这些实际上是周围环境的脉冲响应。 我们在电影中看到了这一点，潜艇使用声纳（声波在水中行进以检测其他船只）和大多数配备海洋回声测深仪来检测水深和/或鱼类的船只。

探地雷达（GPR）一词在 1988 年在渥太华举行的国际 GPR 用户会议上被正式接受。在晚上的讨论中，该领域的主要参与者讨论了我们应该集体使用什么来描述该领域和方法并达成一致关于“探地雷达”。 从那以后，有一些阻力，但总的来说，这个名字已经被接受了。 因此，脉冲雷达一词演变为探地雷达。 当然，通常有来自期刊的社论吹毛求疵，坚持认为该术语是“探地雷达”，而不是未连字符的“探地雷达”。 （作为旁注，渥太华会议不是现在两年一次的 GPR 会议的一部分，而是产生了最早的 GPR 纲要之一，该纲要由加拿大地质调查局作为 GSA 论文 90-4 ed. JA Pilon 出版）

每当我听到 GPR 一词时，我都会立即将其与脉冲雷达设备联系起来。 该设备将显示信号幅度与时间的关系（这是地面深度的替代指标）和空间位置。 该显示是地下的粗略横截面图像，如果深入研究，它是一种显示地面脉冲响应的方式。

这导致了解 GPR 测量信号与时间的关系（地面系统响应回波出现在脉冲发射后的不同延迟时间）。 该系统的特点是发射器发出一个脉冲。 在 GPR 的早期，脉冲雷达系统的特点是“脉冲宽度”。 脉冲宽度是激发脉冲的持续时间。 早期系统被描述为 10 ns 或 2ns 或 1 ns 脉冲雷达（1 ns = 十亿分之一秒）。 脉冲宽度（乘以光速 1 x3 m/s）表征了发射脉冲的物理长度，并表示其在脉冲响应中可达到的空间分辨率。

在我看来，前面的描述有很好的物理基础，可以很快地向普通用户解释。 正如你可以清楚地看到的，这里已经有很多行话了。 虽然我们应该尽量减少行话，但行话是所有技术领域的必要组成部分； 如果它具有明确的含义，并且社区通常可以以最小的难度理解，那么它是可以接受的。

现在我们对 GPR 的含义有了一些了解，“100 MHz”是什么意思？ 解释这个术语需要大量的解释，这会带来更多的行话。 在深入研究之前，请注意“100 MHz GPR”实际上应该被解释为 10ns 脉冲宽度脉冲雷达。

我们已经谈到了时间（我们都知道，但不一定知道其中的微妙之处）。 MHz是频率的量度，是一个新名词。 该术语表示信号每秒重复 1 万次。 时间和频率这两个术语都需要明确的定义。 真正的含义和深入的理解是深刻的。 我已在此处插入 Wikipedia 定义以供参考。 令人惊讶的是，没有提到赫兹（赫兹（每秒一次振荡）的缩写）一词。

从定义来看，时间和频率的复杂性是不言而喻的。

请参阅维基百科上的定义：

时间

频率

10 ns 脉冲和 100 MHz 之间存在联系，但并不明显； 100 MHz 信号的周期为 10 ns。 这种简单的关系并不是真正的解释。 更深入的理解导致理解傅里叶分析的概念。 可以这么说，一个脉冲可以分解为具有广泛频率的正弦信号的叠加。 跨越 100 MHz 频谱宽度的频率叠加将产生持续时间为 10ns 的脉冲。 100 MHz 的正确解释是 100 MHz 的带宽，而不是 100 MHz 的频率。 （请注意，本段包含大量行话，需要相当深入的数学物理知识。）

从这个实际上跳过大量重要细节的有限描述来看，使用频率来描述 GPR 肯定会受到误解，对于普通用户来说并不直观，并且需要大量解释。 关于时间、频率和傅立叶分析主题的文字确实有数千篇。 试图提供一个清晰的解释是另一个博客，我们将尝试提供更清晰的术语定义。 可以看出，仅仅说出所暗示的内容，即 10 ns 的脉冲，肯定有很大的吸引力。

毫无疑问，所有专业领域都需要行话。 探地雷达领域也不例外。 我最担心的是，我们允许复杂且大多是不必要的行话、数学复杂性和技术领域的专业因素使 GPR 领域对非专业人士来说变得模糊和不透明。 我会承认允许这种情况发生； 我也可能会陷入行话，因为它很容易。 虽然我试图检查自己，但我确实担心有些人故意添加无意义的术语只是为了听起来不错并满足他们自己显得知识渊博的愿望。 让我们都承诺在我们的对话中变得更加透明和清晰。 越简单越好！