探地雷达和探空雷达的工作原理基本相同,二者都是利用高频电磁波束在界面上的反射来探测目标体。只是探空雷达所发射的电磁波在空气中传播,衰减较小,可探测远距离的目标,而探地雷达所发射的电磁波在岩层内传播,由于岩层的强烈吸收作用,其衰减较大,因而探测距离较小。正因为探地雷达探测的是在地下有耗介质中的目标体,它形成了自己独特的发射波形与天线设计特点。根据已发表的资料,探地雷达使用的发射波形有调幅脉冲波、调频连续波、连续波等；使用的天线有对称振子天线、非对称振子天线、螺旋天线、喇叭天线等。由于对称振子型调幅脉冲时域探地雷达输出功率大、能实时监测测量结果、设备可做成便携式等优点,在商用地面探地雷达中,已得到广泛应用。下面主要介绍这种探地雷达。
探地雷达所用的电磁波有一较宽的频谱,频段远大于一般的地面电磁法,属于分米波。图3-49为探地雷达探测原理图,发射天线和接收天线紧靠地面,由发射机发射的短脉冲电磁波经发射天线辐射传入大地,电磁波在地下传播过程中遇到介质的分界面后便被反射或折射,反射回地面并被接收天线接收的电磁波,我们称为回波。显然,根据回波讯号及其传播时间便可判断电性界面的存在及其埋深。
图3-49 探地雷达探测原理图及反射波形
显然,脉冲电磁波往返所需时间为
电法勘探技术
式中：h为电磁波所遇到的反射界面的深度；v为电磁波在地下岩层中的传播速度,它等于
电法勘探技术
式中：c为光速；εr为介电常数。图3-49同时给出了雷达波的反射波形图,由图可见,反射波不仅发生在不同介质的分界面上,也发生在空气与岩石（空洞）或金属、非金属与埋土的界面上。图的右部表示了垂直发射和接收的点沿地面改变位置时所得到的波形图。由于入射波抵达反射界面时,两种不同介质界面的反射系数不同,所以表征各界面存在的反射波幅度也不一样。导电性好的介质对电磁波具有较强的反射性能。
其次,电磁波在地下介质中的传播,其能量将因介质的吸收而损耗,吸收的程度取决于岩层的吸收系数。吸收系数小,电磁波能量损耗小衰减慢；吸收系数大,则损耗大衰减快。
由于探地雷达通常采用的频率在50～900 MHz之间,因此在较好的条件下,其探测范围已扩展为30～50m,探测的分辨率可达数厘米,深度符合率小于±5cm。
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