2、探地雷达（GPR）全面解析：原理、系统与应用考量

探地雷达（GPR）全面解析：原理、系统与应用考量

探地雷达（GPR）是一种基于电磁波在物质中传播和散射原理的检测技术，为无损检测（NDE）提供了不同于超声波等基于机械波的方法。它通过发射电磁波并接收反射波，来定位、识别和成像地下或介质中的目标物体。下面将详细介绍GPR的相关知识。

1. GPR系统概述

GPR的典型工作场景可分为四个主要步骤：
1. 发射电磁波 ：发射天线将电磁波定向发射到被测的宿主介质中。
2. 反射 - 折射现象 ：在不同介质的界面处，会发生典型的反射 - 折射现象。散射波会反射部分入射能量，其余能量则以不同速度穿过界面，向宿主介质的更深处传播。
3. 波的传播与目标交互 ：折射波在宿主介质中传播，到达具有不同电学特性的边界（即缺陷或目标）。
4. 接收回波 ：散射波（也称为回波）从目标返回接收天线。

GPR的物理原理基于反射、折射和散射过程，这些过程将入射波转换为与发射波幅度和相位不同的接收信号。接收波形主要由目标和宿主介质的电学对比度（即相对介电常数和电导率的比值）以及目标的特定尺寸和形状决定。

在GPR测量中，接收到的时域信号可以描述为多个波形分量的卷积，再加上噪声。接收波形 $f_r(t)$ 可以分解为：
$f_r(t) = f_a(t) + f_s(t) + s_g(t) + n_s(t)$
其中，$f_a(t)$ 表示天线对信号的影响，$f_s(t)$ 表示地面表面的反射，$s_g(t)$ 是来自地下目标的信号，$n_s