? ? ? ? 在基于探地雷達(dá)的探測(cè)方法中，反射系數(shù)是判斷散射體性質(zhì)和屬性的重要依據(jù)。反射系數(shù)與反射界面兩側(cè)介質(zhì)的傳播速度有關(guān)，而電磁波的傳播速度是磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的函數(shù)，反射系數(shù)的菲涅爾公式可以簡(jiǎn)寫為:

? ? ? ?根據(jù)公式可以看出兩點(diǎn)：第一，反射界面兩側(cè)介質(zhì)的電磁屬性差異越大，反射波的能量越強(qiáng)；第二，反射系數(shù)的符號(hào)決定了反射波振幅的正負(fù)，進(jìn)而可以通過(guò)反射振幅判定兩側(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和屬性。根據(jù)第二條可知，當(dāng)電磁波從介電常數(shù)小進(jìn)入介電常數(shù)大的介質(zhì)時(shí)，即從高速介質(zhì)進(jìn)入低速介質(zhì)，從光疏進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)為負(fù)，即相較于入射波反射波振幅反向。反之，從低速進(jìn)入高速介質(zhì)，反射波振幅與入射波同向。

????比如電磁波在地層介質(zhì)中傳播過(guò)程中，如果遇到空洞缺陷發(fā)生反射，則在介質(zhì)表面接收到的反射波信號(hào)不反向；如果遇到金屬物體發(fā)生反射，則在介質(zhì)表面接收到的反射波信號(hào)則反向，并且反射波要比空氣發(fā)射的振幅強(qiáng)。

? ? ? 為了進(jìn)一步說(shuō)明探地雷達(dá)信號(hào)的此種特征，在這里基于gprMax分別對(duì)空洞和金屬進(jìn)行模擬仿真，然后分別從A掃和B掃角度，對(duì)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析。

1. 模型幾何形狀

   模型設(shè)計(jì)為2D三層，第一層厚度為20cm，第二層為40cm，異常體是邊長(zhǎng)為20cm的正方形，分別設(shè)置為空氣和金屬。

2. .in文件

激發(fā)天線和接收天線的間距為0.4m，天線的移動(dòng)步長(zhǎng)為0.05m，時(shí)窗大小為5ns，材料參數(shù)等信息可以查看.in文件，總共采集70道數(shù)據(jù)。

注意：這里不輸出波長(zhǎng)快照和幾何模型文件。（命令行前沒(méi)有#符號(hào)，可以視為注釋）

3. 結(jié)果對(duì)比分析

（1）A掃數(shù)據(jù)分析

? ? ? 根據(jù)前面的分析，從反射波幅值強(qiáng)度和相位兩點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。選取第35道A掃數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出，一是金屬埋置物的反射波幅值要強(qiáng)于空洞缺陷反射波；二是同直達(dá)波信號(hào)相比，空洞缺陷反射波的相位不變，金屬埋置物反射波則反向。

（2）B掃剖面分析

由于B掃剖面是由一系列的A掃數(shù)據(jù)組成，所以B掃剖面應(yīng)該具有A掃相同的特征。首先觀察直達(dá)波信號(hào)，由于直達(dá)波信號(hào)和第一個(gè)反射界面的反射波信號(hào)相互疊加在一起，難以區(qū)分，但是還是可以看出直達(dá)波信號(hào)的特征是先紅（波峰）再藍(lán)（波谷），然后再紅再藍(lán)，對(duì)應(yīng)A掃數(shù)據(jù)就是弱振幅波峰強(qiáng)振幅波谷強(qiáng)振幅波峰弱振幅波谷。再看反射波波信號(hào)，空洞信號(hào)是淺紅深藍(lán)深紅淺藍(lán)，金屬信號(hào)是淺藍(lán)深紅深藍(lán)淺紅。

在實(shí)際應(yīng)用中，接收到的反射信號(hào)是天線發(fā)射的雷達(dá)子波與介質(zhì)的折射系數(shù)、反射系數(shù)和介質(zhì)損耗等的褶積，即各層反射信號(hào)的疊加。因此得到的實(shí)際數(shù)據(jù)不可能像模擬數(shù)據(jù)這樣理想，比如在B掃中反射信號(hào)的淺色（弱振幅）部分甚至是深色部分很難有效判讀，這往往需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能夠?qū)走_(dá)記錄做出準(zhǔn)確的判讀。