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《第611地质雷达解释的散射理论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、6.11反射与散射理论的适用条件目前在雷达检测和勘测应用的解释屮，习惯上采用反射理论。这多少是受到地震勘探理论的影响，大家对反射的基本规律和解释方法比较熟悉，很容易沿用过来。反射理论法的适用条件是反射面尺度D远大于波长A，D〉〉A。而实际的工程检测中，目标体、异常体的尺度多为分米级和厘米级，对于弹性波或是电磁波都很难满足反射条件，应该使用散射理论。散射理论适用的范围更广泛，反射只是散射中的一种特殊惜况，就是散射体足够大时的一种背向散射。实际地质雷达探测屮，多数情况下探测对象结构差异大、异常尺度小，比波短，不符合反射理论的适用条件，雷达波的记录应该用散射理论来解释。如混凝土中钢
2、筋、空洞等孤立异常体的探测记录是最典型的散射记录。散射与反射理论的适川条件主要决定使川的波长与目标体尺度的关系，可以简单的表述如丁。即目标体远小于波长时使用瑞利散射理论，鬥标体与波长相近时使用米散射理论,目标体远大于波长时适用反射理论。1D«ARayleighscattering瑞利散射2D=入Miescattering米散射3D>>入Snellreflecting反射在使用波长一定的条件T,散射理论比反射理论有更高的分辨率。应用散射理论可识别比波长小的多地异常体，应用反射理论只能识别远大于波长的目标体。下表为工程勘察与检测屮典型方法的波及散射、反射适用条件。波的类型地震波1
3、00Hz混凝土中波速/波长4.5km/s/45m岩石中波速/波长4.0km/s/40m土中波速/波长1.0km/s/10m声波lOKHz4.5km/s/0.45m4.0km/s/0.4ml.Okm/s/O.lm雷达波100MHz1GHz14cm/ns/1.4m14cm/ns/14cm14cm/ns/1.4m14cm/ns/14cmlOcmn/s/lmlOcm/ns/lOcm地下金属管道典型的雷达散射记录图像S2V2H-^HF(r，a))V2(r)C2，+^,也可表成：汉⑺=C2_V»V2(r)(2)V2E-c^E-f(r^E(3)(4)6.12散射理论基本原理工程结构多数是非
4、均质的，特别是混凝土结构。混凝土结构中有贵料、钢筋，震捣不密实形成的孔隙，施工不当形成的脱空区等都是结构中的非均体，或称异常结构微元体。这些异常微元体的存在使工程介质的性质表现出强烈的不均匀性和局部异常，大小不等、分布不均。在电磁波的造射下，这些异常体都会发生散射，散射波的传播遵从电磁波动方程。对于弱吸收介质电磁波时间域与频率域的有源波动方程(1):时间域：,32~H_两H=動频率域：2V2£--^y£=F(r,^)电场和磁场的波动方程有相同的形式，仅讨论其屮一种就已足够了。这里仅讨论电场散射的波动方程解。假定在均匀介质中存在一个有限体积的异常体，均匀介质的电磁波速为C，散射
5、体的波速异常幅度用來描述，总体系的波速分布用V(r)表示，三者的关系可表示为：其中《(r)的含义是异常体波速平方差的百分比，在异常幅值不大的情况下，可近似认为的数值为相对波速偏差的2倍，a(r)=2C~(^r),rtl关系式可知汉(r)是可正负取值的分布函数，在异常体外取值为零。将该波速V(r)表达式代入到频率域的波动方程有：时间域：频率域：▽2E+SE二-F(r，幼-府⑺EC2C2其中E为总电场强度，它是由入射场强氏和散射场强Es之和组成的:E=Ef+Es在通常条件散射场比入射场弱的多，有£,将关系式(4)代入到方程(3),并考虑到入射波£,满足方程(丨)，可得到散射波满足
6、的方程(5):▽2£s-V^XE.=-^(r)'sc2sc2E,(5)该方程表明，波速异常体的作用相当于一个被动场源，在入射波激励不产生散射波。对于弱散射情况，散射场比入射场小很多，此时有波恩BORN近似：0,〜，仞)》Es(r9r09a))频率域散射场的基本解可表示为:Es(rs，r0,仞)=仞2f^^Ej(r,r0,⑼g(r，rs，69)dr上式说明，散射场Es强度与入射波强度Ep波速异常幅值6Z(r)成正比，场源分布与波速异常分布一致。其屮g(r，i;，6J)为散射点在r，接收点在1；的格林函数；g(r,rs,6J)=p-/?lr-rolF^i时间域中格林函数包含有延迟
7、式的形式:外一rolg(r，ro,O=roEi(r，rQ，的为发射点在rQ时在r点产生的入射场；Es(rs，rQ，幼为发射点在rQ接收点在1；时接收到的Q体系内的总散射场之合。逆散射问题当发射点与接收点的位置很接近时，称为逆散射M题。此时入射波Ei&n了用格林函数表示，散射波Es方程为简单形式：川r-r0
8、Ej(r,r0,69)=F(7y)g(r,r0co)=F(69)=F(69)g0r-r()e-外-rs
9、g0(r，rs，69)=p=gsr_rs
10、Es(rs,rg^)=^2F(^)f^g0gsdrQC
