1.4　探地雷达的最大探测深度

探地雷达的最大穿透深度依赖于许多因素，包括雷达系统（最小探测功率、总的输出功率、天线的效率、增益和频率）、介质（速度和衰减）和目标（散射增益和截面积）。

影响探地雷达的穿透深度的最重要因素是雷达系统的性能、地下介质的衰减和界面的反射性质。

探地雷达最大探测深度分析采用对空雷达作用距离分析所用的雷达方程。

式中　　Q——雷达系统性能；

ξT，ξR——发射天线和接收天线的效率；

GT，GR——发射天线和接收天线的增益；

λm——介质中脉冲电磁波中心频率的波长；

α——介质中电磁波的衰减系数；

σc——目标的散射截面面积；

dmax——最大探测深度。

将式（1.29）括号内的项表示为

式中　　Prmin——为雷达的最小可检测的功率，也称作灵敏度；

Ptmax——雷达的最大发射功率。

式（1.30）即为雷达系统性能的物理意义，可改写为

从式（1.31）中可以看出，等号的左边与探地雷达系统性能有关，等号的右边与介质中电磁波的波长、衰减、目标的界面性质有关。对于给定的探地雷达系统，左边的值是一定的，用Csystem表示，因此探地雷达的最大深度可以表示为

探地雷达的最大穿透深度与介质中电磁波的波长、介质中电磁波的衰减、目标的界面性质有关。而电磁波的波长是最主要的因素，波长越长，最大穿透深度就越大，其次是介质中电磁波的衰减和目标的界面性质。介质中电磁波的波长可以表示为

式中　　fc——脉冲信号的中心频率，即天线的中心频率；

εr，μr——介质的相对介电常数和磁化系数，一般认为岩土材料μr=1。

天线的频率越高，探地雷达最大穿透深度越小；天线的频率越低，最大穿透深度越大。另外，最大穿透深度还与介质的介电常数有关。所以通常情况下，使用者根据所要探测的深度选择不同中心频率的天线。表1.3为天线中心频率与最大探测深度的关系。

许多文献给出的最大探测深度与天线的中心频率之间的关系差别较大，这主要是介质的性质不同造成的。因此，查表时必须注意所探测范围内介质介电常数和电导率。

提高探地雷达的探测深度，主要是提高探地雷达系统性能Q，即降低探地雷达的最小可检测的功率Prmin，增大探地雷达的发射功率Ptmax。但是增大发射功率Ptmax来提高Q值是有限的。理想的方法是降低最小可检测的功率Prmin，通过增加宽带低噪声放大器，提高接收机的动态范围来提高Q值。

过去，探地雷达系统性能Q值一般为80～120DB，新的探地雷达系统性能提高到120～160DB。对于Q=140DB，地下介质衰减在0.1～10DB/m之间，相应的探测深度范围为50m和2m。老的探地雷达系统Q=80DB，在相同条件下，相应的探测深度范围只有15m和1m。图1.4为探地雷达系统性能、介质电磁波衰减和探测范围之间的关系。

一般商用雷达可以提供60DB的损耗衰减，可用Annan给出的公式估计穿透深度。

d（m）＜0.035/σ　（S/m）　　（1.34）