地质雷达资料处理步骤cn20120615.doc

邓新生 13911465199 2012年5月25日版

地质雷达软件RADAN用户手册

美国地球物理测量系统公司
美国劳雷工业公司
2010年10月

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I GSSI地质雷达探测资料处理流程图

3文件编辑---剪切
4剖面方向调整
5距离归一化
6添加起始里程桩号
7剖面水平拉伸、压缩
8调整地面时间零点
10时间深度转换
2读入数据文件(*.dzt)
1打开RADAN软件
11增益调整
12叠加去噪
13背景去除
14一维垂直滤波
15反褶积
16偏移归位
17希尔伯特变换
静态校正
18高程修正
频谱分析
速度分析
19剖面追加
21交互式解释

II GSSI处理软件功能模块介绍
基本工具

打开数据文件，显示雷达数据剖面。
保存数据文件，保存雷达剖面。
选择数据块，选择目标数据剖面。
剪切数据块，切除多余数据剖面。
保存数据块，单独保存雷达数据剖面。
复制剖面图像至剪贴板，地质雷达剖面制作图片。
编辑数据文件头，输入相关参数：标记间隔、扫描数、介电常数、信号位置；
编辑标记信息、补充漏打的标记、删除多余标记信息。
线扫描显示方式、以灰阶图或者彩色图形式显示雷达剖面。
波形加变面积显示方式、以波列图形式显示雷达剖面。
线扫描+波形显示方式
波形显示方式，以波形方式显示雷达剖面，做频谱分析，显示雷达工作频段。
三维数据体显示
时间切片显示方式
多通道显示方式、多个雷达剖面做比对处理和信息显示。
交互式解释、进行地质解释，绘制地质剖面图、给出钢筋位置。
调整显示参数，设置各种显示参数，保存、调用显示参数文件，设置长标记。
打印雷达剖面
关于RADAN程序版本信息
命令参数按钮

剖面向左滑动显示
剖面向右滑动显示
执行命令
暂停
停止并保存数据

宏文件命令按钮

新建宏文件
打开宏文件
编辑宏文件参数
关闭宏文件

软件功能按钮

剖面水平拉伸与压缩
距离归一化，给出雷达剖面距离信息。
高程修正，消除地形剧烈起伏对地质雷达剖面的影响。
静态校正
信号位置调整，时间置0.
算术运算，调整雷达数据大小。
增益调整（自动增益、指数增益）、信号放大或缩小
增益恢复，去除现场数据采集时的增益影响，恢复雷达数据到原始信息。
IIR滤波，水平滤波、垂直滤波
FIR滤波，水平滤波，消除随机噪音、水平干扰，和垂直滤波提高频率信息。
反褶积运算，作用有：1压缩子波提高垂直分辨率；2消除多次波。
偏移归位处理，提高地质雷达剖面水平分辨率
希尔伯特变换
二维空间滤波
速度分析，计算电磁波在地下传播速度
自动提取局部峰值信号
多通道雷达资料运算

III GSSI软件RADAN地质雷达资料处理
4调整测线方向 5 加距离 6起点桩号 8地面对应的时间 10深度
1. 打开软件RADAN，选择文件夹.
视图à自定义à文件目录.

2. 文件显示。
文件à打开(*.dzt)。文件显示，换颜色。

波形显示
选择第二个图标，采用波形方式显示数据剖面
选择显示器图标，设置波形参数，比例为间隔2倍，如32-16。标准为正，大小为0

图像局部显示与放大
选择显示器图标，弹出显示参数设置窗口。设置开始采样和结束采样参数，仅仅显示地质雷达剖面在竖直方向的局部信息，相当于局部放大。

垂向局部显示剖面

原始图

局部放大图

参数设置（start sample 700, end sample 1500）

3. 扫描信息预编辑
利用图标编辑à选择, 选择一段扫描剖面，切除多余扫描信息删除，或者保存特定扫描剖面 保存。

剪切处理

注意事项：有标记的位置不能切掉，原因是标记代表了距离概念。

切除的是同一个位置多采集的扫描信息。
4. 文件测量方向掉转
打开文件，文件à另存为->方向反转，打勾。目的是调整测线方向，重新排列测线方向，按照习惯从小桩号到大桩号。

测线方向

方向反转操作命令

上图原始图 下图是反转后的图像

5. 添加距离信息。
测量轮测量直接获取距离概念。连续测量方式加距离需要三步A) 编辑文件头内的距离信息编辑à文件头, 扫描/米[scans/m], 米/标记[m/mark]，B)编辑用户标记，C)处理à距离归一。

图5-0

图5-A

图5-b

图5-c

原始标记

保存标记

标记类型转换

距离归一化

6. 添加里程信息.
编辑à文件头à三维选项àX起点，输入里程起点坐标。

原始数据

添加里程数据

RADAN5006添加里程桩号

Y起点坐标，表示测线坐标

RADAN6.0添加里程桩号

调整起始里程信息

7. 重采样：垂直方向和水平方向。
7-1垂直方向重采样。菜单:编辑->文件头->采样/扫描,512修改为1024,2048.

7-2水平刻度调整
处理à水平缩放.叠加、抽道、加密。
打开软件（不打开数据文件），视图->自定义->数据库

关闭标记信息数据库对话框 水平刻度调整

地质雷达测量原始剖面
8. 确定地面反射波信号位置
编辑à文件头à信号位置(纳秒)，如 -2.5。

建议：数据采集时，主机中所用的参数保持固定：比如position/offset信号位置和延时。

9. 调整信号延时信息
找地面处理à信号位置调整à信号移动(ns)。

10. 深度计算
设置和修改介电常数，计算深度信息编辑à文件头à介电常数。

介电常数

时间 深度

C=0.3m/ns

t=t目标-t地面=t目标- 0=t目标

11. 信号振幅调整

野外现场采集数据前对信号进行放大调整。Gain。

SIR-3000增益设置

SIR-20增益设置

地质雷达剖面记录的文件已经经过了增益放大，现场调整先自动调整，切换至手动模式，人工调整增益（信号放大倍数），手动锁定增益值；进行数据采集。
若现场采集时的信号调整足够清晰，则利用后处理软件直接显示数据。调整显示增益即可。

自动增益调整 处理à增益调整à自动增益，增益点数为5。
放大倍数，值一般选择2-5。

自动增益调整

自动增益处理比对

指数增益参数设置：手动设置增益点数，调整增益值大小

原始数据

局部指数增益

原始数据

压制局部干扰-近电磁波场干扰

利用指数增益压制电磁波近场的强干扰。
12. 水平相关分析，消除雪花噪音干扰。
现场数据采集。

SIR-3000主机叠加3-5次

SIR-20数据采集设置对话框

处理àFIR滤波à水平叠加(扫描)5。

原始数据

5次平滑数据

13. 背景去除，显示构造特征。针对的目标是局部不规则物体。
对于水平层状结构地下物体探测（比如地下分界面），不适用背景去除法。
处理àFIR滤波à背景去除(扫描)为1023。

滤波参数选择

原始数据

处理结果

14. 一维频率滤波，消除低频电磁干扰
处理àIIR滤波。

原始数据

高通滤波(参数160兆赫兹)

频谱图与地质雷达原始记录曲线

频谱图------波形图------线扫描图[低频信号]

垂直滤波(MHz) 高通40

原始数据与高通滤波数据
高通滤波一般针对100兆天线做处理。

15. 反褶积、频率滤波
尖脉冲反褶积原理：频率越高，周期越短，电磁波垂直分辨率越高。

处理à反褶积à算子长度； 处理àIIR滤波。

尖脉冲反褶积参数选择示意图

反褶积参数设置

900兆天线原始数据

900兆天线反褶积处理数据
16. 偏移归位

天线结构图：双天线收发距示意

Tx-Rx 900MHz 0.1524m 400MHz 0.16m

电磁波反射示意图[红点:目标体]

原理：

双曲线形成机理

浅层反射目标体[收发距] 深层目标体

目标体反射形成双曲线形态。
天线之间存在双发距，电磁波传播过程中需要考虑收发距的影响。
· 处理à偏移归位à偏移类型：克希霍夫，调整曲线形态。

双曲线拟合

Er =(0.3/v).^2
根据电磁波传播速度大小，反算出材料的介电常数信息。

双曲线拟合界面

偏移对话框
速度9.5117厘米/纳秒,代表周围材料中电磁波传播速度信息

双曲线拟合

介电常数计算

电磁波干扰信号排除方法：偏移归为

电磁波传播速度为0.3米/纳秒，表示双曲线波形为空气中物体的反射信号投影到地质雷达剖面中。

干扰排除

管线与高压线模拟-速度拟合图
17. 希尔伯特变换 处理à希尔伯特变换。
18. 添加地面高程信息。处理à高程修正。
利用版本5和6添加高程信息的步骤一样，操作略有不同。对于版本5操作如下2步。添加高程数值与高程修正。

第一步，点图标打开”标记编辑”对话框，为每个扫描点输入对应的高度信息(Z)，按完成。
第二步，点图标，弹出高程修正图标，如下图，按确定并保存结果[18-1]。

如果地形相对比较平缓，选择垂直比列尺1:1。
在野外现场采集数据时，建议把记录长度range略微放大，在数据处理时，利用RADAN软件把数据剖面下移一部分（详见第9步），再做地形校正[18-2]。

[18-1]高程修正对比图

[18-2]修正图（改善）

19. 文件拼接。
打开Radan软件，文件à文件添加。
文件拼接所需要的工作。要求在垂直方向是同一个频率的天线测试的雷达剖面才能拼接，所有的测量参数相同，如采样率samples，信号起始位置position，以及记录长度range，甚至是增益。而在水平方向上，2个文件相连接或者测线有重合部分，水平方向上的采样信息要基本一致，比如都是时间模式测量或者都是距离测量的剖面。

打开软件RADAN，而不打开任何数据文件，直接选择菜单”文件->添加文件”，弹出对话框。

依次选择对应的文件。按照测量的先后顺序依次选择对应的雷达剖面，并按完成按钮，生成雷达剖面并且保存一个文件名，就是拼接后的雷达剖面。

对拼接后的文件做进一步处理。

20. 通道合并
通道合并的前提：2个文件的参数基本一样，如采样点数，剖面长度及扫描数相同。
多通道资料对比分析。打开Radan软件，选择菜单”文件à合并通道”。

选择文件
选择添加按钮或者双击文件名，依次选择并添加文件，形成一个文件列表。按”完成”按钮，软件提示保存多通道文件，如下图。

保存多通道文件

双通道雷达图片
选择菜单按钮多通道计算按钮

多通道计算窗口
通道1减去通道2的数据，选择命令sub，按OK保存文件如下。

通道分离：
选择radan->文件->另存为

通道分离，并且保存多个文件，如file012a.dzt, file012b.dzt,file012c.dzt,file012d.dzt等等。
对于相减运算后的数据，如file012a.dzt，需要做相位取反运算才能和原来文件的相位保持一致。

选择菜单按钮，弹出下面对话框，选择算术函数”取反”命令，并且选择确定保存一个新文件即可。

21. 交互式解释
生成*.lay文本文件视图à交互式解释。

原始数据

交互式解释参数选择

界面1

界面2

界面1和2

电子表格

隧道探测图像解释
波形分析