无人机探地雷达 (GPR) 应用

无人机探地雷达 (GPR) 应用

探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）是一种利用雷达脉冲探测地下物体和特征并进行成像的技术。近年来，随着无人机技术的快速发展，将GPR搭载于无人机上进行探测已经成为一种新的应用趋势。本文将详细介绍无人机搭载GPR的工作原理、优势以及典型应用场景。

工作原理

探地雷达（GPR）使用雷达脉冲来探测地下物体和特征并对其进行成像。GPR发射器将电磁能量发射到地面。当能量遇到埋藏的物体或具有不同介电常数（定义电磁波速度的属性）的材料之间的边界时，它可能会被反射到GPR的接收天线。然后，GPR电子设备可以记录返回信号的变化。

GPR数据以数字形式来自传感器，与照相机拍摄的照片不同，它不能直接供人解读。它需要专门的软件进行处理和解读。这些GPR数据表示方法是最流行的，但还存在许多其他选项，包括导出为可导入CAD和GIS系统的格式。

无人机安装GPR的好处

无人机安装的GPR实现了“更安全、更便宜、更快捷”的座右铭。以下是一些在无人机上使用GPR有益的情况：

• 崎岖的地形，可能无法进行地面勘测（冰雪覆盖的地面、岩石和不平坦的地形、河流和雪崩多发地区）
• 对操作人员有安全或健康风险的区域（有裂缝的冰川、受污染的土壤等）
• 大片无障碍区域，在这些区域进行陆地勘测的效率在经济上并不合理（例如，扫描太阳能电池板农场的大片田地，以了解基岩的深度和岩石的存在）

为什么我们需要不同的GPR系统？

所有GPR系统都使用相同的原理，但由于天线频率不同，应用会有所不同：

• 低频GPR系统穿透深度更深，分辨率较低，适合探测更深处的较大物体。
• 高频GPR系统可为较小的物体提供更高的分辨率，但穿透力有限。

天线设计体现了：

• 低频天线较大且无屏蔽
• 高频天线结构紧凑，且具有屏蔽功能，可降低噪音。

GPR的多样性确保了每一种地下勘探需求都有合适的系统。

典型应用

下表总结了我们可以从无人机使用的GPR系统及其推荐应用中获得的期望。在这里，我们列出了拉脱维亚Radar Systems Inc.生产的GPR系统，因为该系列GPR涵盖了无人机安装的地面穿透雷达的所有可能应用。任何其他具有类似中心频率的GPR系统在穿透和分辨率方面都会具有大致相同的实际参数。

请注意，某些地方的穿透力和分辨率取决于土壤成分、湿度、温度等。在下表中，我们使用了典型的“平均土壤”的参数——某种物质的相对介电常数为9、电导率低、含水量低。根据要求，Zond Aero LF GPR系统可能配备用于自定义中心频率的天线。