項目技術(shù)總結(jié)報告

深圳桑達百利電器有限公司編號：QF7.3-048-PM

SHENZHENSANGDABAILIELECTRONICCO.,LTD.

項目技術(shù)總結(jié)報告

項目名稱：部

門

：起止年月：項目經(jīng)理：

大功率LED智能控制恒流電源

桑達百利電源研發(fā)部

年2月10日起---201*年12月30止吳云波

桑達百利研發(fā)部制20深圳桑達百利電器有限公司編號：QF7.3-048-PM

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一．背景二．系統(tǒng)慨述三.技術(shù)分析與總結(jié)深圳桑達百利電器有限公司編號：QF7.3-048-PM

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一.背景隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，推動了白光LED的問世，產(chǎn)業(yè)開始了綠色照明時代。由于LED能耗少、熱輻射低、發(fā)光效率高，是一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、安全的新型照明器件，符合”十二五”節(jié)能減排的規(guī)劃要求,大功率LED是低電壓、大電流的驅(qū)動器件,目前戶外照明燈具廣泛使用大功率LED,因此，加快LED戶外燈具配套大功率LED智能控制恒流電源技術(shù)研究成為當今首要問題。大功率LED要成為照明業(yè)的主體，其中安全、高效智能控制恒流電源技術(shù)驅(qū)動研究是推廣應(yīng)用大功率LED的關(guān)鍵,而且本項目符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，是國家鼓勵發(fā)展的項目。產(chǎn)品市場前景廣闊，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，符合國家質(zhì)量標準，所以開發(fā)本項目。二.系統(tǒng)慨述LED恒流電源驅(qū)動是LED電源的一種,是采用開關(guān)電源變換器，做成隔離型的恒流電源，其輸出電流恒定且智能可調(diào)，設(shè)計時還要注意輸入功率因數(shù)要高。主要原因是：1.避免驅(qū)動電流超出最大額定值，影響其可靠性。2.獲得預(yù)期的亮度要求，并保證LED燈具各個LED亮度、色度的一致性3.智能接收外界各種控制器信號,使LED燈具開、關(guān)、亮度灰度可控.三.技術(shù)分析和總結(jié)1.恒流精度較難控制我們采用了精確的恒流控制IC,恒流取樣電阻采用了1%的精密電阻而且溫度系統(tǒng)變化小的電阻,DC-DC輸出儲能電感的電感量控制在5%.2.效率提升到90%以上較難整體效率由AD-DC和DC-DC恒流效率組成,我們AC-DC的效率調(diào)試到大于95%,DC-DC恒流效率大于96%,所有整體效率做到了90%以上.深圳桑達百利電器有限公司編號：QF7.3-048-PM

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3.在環(huán)境溫度較高時的穩(wěn)定性不理想設(shè)計時我們選用工業(yè)品元器件,特別在定制元件變壓器設(shè)計時選用CLASSF等級,變壓器溫度等級可以達到150度.4.環(huán)境溫度低溫-40℃難以啟動.設(shè)計時使用日本進口電容,能夠在低溫-40℃長期工作,特別是VCC電容的選擇.5.高功率小體積的電源較難設(shè)計提高開關(guān)電源的頻率,從而減少變壓器的體積,PCB上盡量使用貼片元器件,PCBLAYOUT優(yōu)化設(shè)計,PCBA底部增加絕緣片可以使PCB和外殼之間的距離減少從而減少了外殼的體積.6.電源的使用壽命難以達到5萬小時.設(shè)計時選用了長壽命的南高溫電解電容,因為電解電容在電源器件中壽命是最短的.項目負責人（簽字）：吳云波開發(fā)部經(jīng)理（簽字）:范傳璽年月日

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優(yōu)秀青年科技人才計劃項目總結(jié)報告

項目名稱：委托單位：承擔單位：受資助人：起止時間：

介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系研究國土資源部科技與國際合作司中國地質(zhì)科學(xué)院物化探研究所方慧

201*年10月～201*年11月

國土資源部

二○○九年十一月二十日目錄

一、研究領(lǐng)域及資助研究項目概況............................................................................31、研究領(lǐng)域..............................................................................................................32、資助研究項目概況..............................................................................................3二、研究領(lǐng)域國內(nèi)外發(fā)展趨勢和前沿......................................................................41、探地雷達技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀......................................................................................42、測量物質(zhì)含水率的主要方法及存在問題..........................................................53、探地雷達探測物質(zhì)含水率研究領(lǐng)域現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢......................................6三、研究工作總結(jié)........................................................................................................91、研究項目實施情況..............................................................................................92、研究工作取得的主要成果和創(chuàng)新點................................................................10四、經(jīng)費使用情況......................................................................................................26五、所在單位審核意見..............................................................................................261、單位對受資助者給予的支持............................................................................262、單位學(xué)術(shù)委員會對受資助者研究成果的評價................................................263、對受資助者資助期間總體工作情況的評價....................................................27主要參考文獻..............................................................................................................29

一、研究領(lǐng)域及資助研究項目概況

1、研究領(lǐng)域

⑴專業(yè)領(lǐng)域：勘探地球物理

⑵主要研究方向：探地雷達在土壤、建筑材料含水率監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)研究

2、資助研究項目概況

⑴項目名稱：介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系研究⑵起止時間：201*年12月201*年11月

⑶目標任務(wù)：應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)和物理實驗技術(shù)開展介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系研究，建立探地雷達測量信號與介質(zhì)含水率之間準確合理的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，推動探地雷達方法技術(shù)進步。

⑷主要研究內(nèi)容：探地雷達三維正演技術(shù)研究；介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系物理實驗研究；介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系數(shù)值模擬研究。

⑸工作成果：兩年來，針對上述研究內(nèi)容開展了較系統(tǒng)的研究工作，基本實現(xiàn)了設(shè)計的任務(wù)目標，取得如下主要成果和認識。

①利用時間域有限差分方法實現(xiàn)了探地雷達三維正演計算，編制三維正演軟件。解決了目前探地雷達常見軟件無法模擬介質(zhì)孔隙度及含水率變化的問題，為應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)開展介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系問題研究提供了有力工具。

②首次應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究了在介質(zhì)孔隙度及含水率發(fā)生變化時，對雷達信號傳播特征的影響規(guī)律。并與物理模型實驗結(jié)果進行了對比分析，證明了數(shù)值模擬方法的有效性。

③根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，分析了當介質(zhì)的孔隙度或含水率發(fā)生改變時，介質(zhì)的等效介電常數(shù)及雷達波幅值、傳播速度等參數(shù)隨孔隙度及含水率的變化規(guī)律，并對這些參數(shù)相對介質(zhì)孔隙度或含水率變化的靈敏程度進行了對比分析。④在介質(zhì)含水率數(shù)值模擬中，不僅考慮了介質(zhì)電導(dǎo)率的影響，也考慮了高頻電磁場條件下，由于極化滯后效應(yīng)造成的介電損耗，并利用物理模型實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析，證明了這種思路的合理性。

⑤通過物理模型實驗，分析了石英砂、瀝青等材料的等效介電常數(shù)、雷達波頻譜及傳播速度等參數(shù)隨介質(zhì)含水率的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出了介質(zhì)含水率與等效介電常數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。這些數(shù)學(xué)關(guān)系模型，經(jīng)進一步實驗驗證后，可作為探地雷達檢測公路材料含水性的基礎(chǔ)。

二、研究領(lǐng)域國內(nèi)外發(fā)展趨勢和前沿

1、探地雷達技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

探地雷達是一種高頻電磁法。與探空雷達相似，探地雷達利用發(fā)射天線以寬頻短脈沖形式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波在介質(zhì)電磁性質(zhì)不同的界面處會產(chǎn)生反射，并被接收天線所接收，通過分析電磁波在時間、空間的傳播特性實現(xiàn)探測地下目標體的空間位置、規(guī)模和物理性質(zhì)等目的。探地雷達技術(shù)具有分辨率高、無損、高效等特點。

探地雷達技術(shù)的應(yīng)用最早可追溯到上世紀初。早在1910年，德國的G.Leimback和Lwyc曾以專利形式闡明了這一現(xiàn)象。第一次正式應(yīng)用是在1929年用以確定冰河的深度（Stern,1929,1930），之后這種技術(shù)幾乎消失。直到1950年因有飛機失事掉進格陵蘭島的冰縫中，才再次采用探地雷達技術(shù)。受儀器性能和理論研究等因素的限制，探地雷達初期的應(yīng)用僅限于波吸收很弱的冰層、鹽巖礦等介質(zhì)中(Cook,1964;Barringer,1965;Lundien,1966)。隨著儀器信噪比的大大提高和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進步，七十年代以后，探地雷達的實際應(yīng)用范圍迅速擴大。1972年更被阿波羅號宇宙飛船帶上了月球(Simmonsetal.,1972)。目前，探地雷達已廣泛應(yīng)用于工程勘察、考古、環(huán)境、軍事等領(lǐng)域。在儀器制造方面，國際幾大著名廠商相繼推出適于不同應(yīng)用的多種儀器系統(tǒng)。在理論研究方面，主要集中在信號處理和正反演研究等方面(Olhoeft,201*)。每兩年召開一次的國際探地雷達會議基本反映出探地雷達技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀。

我國探地雷達研究始于七十年代初期，原地質(zhì)礦產(chǎn)部物探研究所、煤炭部煤炭科學(xué)院等科研單位開展過探地雷達儀器研制和野外實驗工作。目前，我國已有幾百家單位擁有探地雷達設(shè)備和有關(guān)技術(shù)人員，行業(yè)覆蓋地質(zhì)、冶金、煤炭、水利、交通、建筑、考古、環(huán)境及軍事等。主要使用進口儀器，也有少量國產(chǎn)儀器在銷售和使用。在研究方面主要是針對信號處理技術(shù)，少數(shù)大學(xué)等科研機構(gòu)開展了正反演方法研究。

2、測量物質(zhì)含水率的主要方法及存在問題

實際生活中，常常需要研究或了解天然物質(zhì)和人工材料的孔隙度和含水率等參數(shù)隨空間或時間的變化，如了解土壤、巖石的孔隙度及含水率的大小在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防，海侵程度監(jiān)測，凍土層調(diào)查，賦水層位的確定，公路、機場跑道危險隱患調(diào)查，建筑地基狀況的評估及種植業(yè)管理等方面都是十分重要的指標。了解建筑材料孔隙度及含水率情況同樣是評價材料質(zhì)量的重要指標之一。如瀝青是一種廣泛用于鋪設(shè)公路路面的材料，影響瀝青公路質(zhì)量的一個重要指標是瀝青材料的孔隙度大小。其原因是由于孔隙中可能充滿空氣、水、冰或者它們的混合物，它們的存在會嚴重影響瀝青材料的整體物理性質(zhì)，進而造成材料質(zhì)量發(fā)生變化。目前，檢測物質(zhì)含水量的常見方法主要有烘干法、電阻法、中子儀法、γ射線(透射)法、時域反射儀法(TDR)法等。這些方法原理不同、各具特色，有些方法簡便、經(jīng)濟，有些方法測量精度很高。但這些方法普遍存在如下缺點：一是只能采用定點測量方式，無法實現(xiàn)空間上的連續(xù)測量，若開展大面積測量，成本較高；二是測量結(jié)果受采集樣品或測量探頭附近物質(zhì)的含水狀態(tài)影響較大，其測量結(jié)果有時不能準確代表物質(zhì)整體含水情況；三是有些方法要求測量探頭埋設(shè)在測量物質(zhì)中，因此只能適用于土壤等非固結(jié)物質(zhì)，無法對瀝青、混凝土等建筑材料的含水情況進行檢測；四是需要采樣測試的方法會對檢測物質(zhì)造成一定程度的破壞。因此，研究精確、高效、無損的探測技術(shù)正在成為上述領(lǐng)域的需要。3、探地雷達探測物質(zhì)含水率研究領(lǐng)域現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

目前，探地雷達的應(yīng)用還主要集中在探測目標體的空間位置、幾何形態(tài)等方面。在資料處理和解釋中通常假設(shè)目標體及其周圍介質(zhì)是均勻的，然而事實上，大自然中常見物質(zhì)，如土壤、巖石及人工合成建筑材料等，都是由多種成分組成的，因此這些物質(zhì)的電磁性質(zhì)既取決于物質(zhì)組成成分的物理性質(zhì)，也受物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其孔隙度、含水率、溫度等多種因素的影響。在多數(shù)情況下，這些因素在一定尺度范圍內(nèi)并非處處相同，因此天然物質(zhì)存在著不均勻性，雷達波在其中的傳播特性會因此發(fā)生一定程度的改變。特別是，由于水具有較高的介容率，又是有極分子，不僅會改變物質(zhì)的電導(dǎo)率，更會改變物質(zhì)整體介電常數(shù)。因此，物質(zhì)的含水狀況對雷達波的傳播速度和能量損耗都會產(chǎn)生很大影響，使雷達波在介質(zhì)中的傳播特性對介質(zhì)含水率的變化十分敏感，因此應(yīng)用探地雷達技術(shù)探測物質(zhì)含水情況具有良好的地球物理前提，可以應(yīng)用探地雷達技術(shù)探測介質(zhì)含水率的變化情況。重要的是，相對上述幾種檢測物質(zhì)含水率的常見方法，應(yīng)用探地雷達技術(shù)測量介質(zhì)含水率變化情況具有如下主要優(yōu)點：

①與測量介質(zhì)非接觸。因此既可以應(yīng)用于土壤等非固結(jié)狀物質(zhì)，也可以應(yīng)用于巖石、瀝青、混凝土等固結(jié)狀物質(zhì)，且不會對介質(zhì)造成任何破壞，是真正的無損檢測；

②現(xiàn)代雷達提供了高密度采樣測量方式，因此可以對測量介質(zhì)實現(xiàn)空間或時間上連續(xù)測量，相對傳統(tǒng)的定點測量方式，更能準確地對介質(zhì)整體含水狀況進行評估。

③探地雷達不僅具有較高的橫向分辨能力，也具有較高的縱向分辨能力和一定的勘探深度，因此可以同時對地下不同物質(zhì)層（如路基不同基層）同時進行檢測，且可以同時對不同層位的含水情況分別進行評估；

④測量效率高。如采用車載雷達，可以50公里/小時的速度進行測量，因此更適合開展大范圍的監(jiān)測。正是因為探地雷達技術(shù)具有上述優(yōu)勢，應(yīng)用探地雷達檢測介質(zhì)含水率成為近年來探地雷達技術(shù)新的研究方向。然而，介質(zhì)含水率的變化與雷達波的傳播特性之間的關(guān)系十分復(fù)雜，需要通過開展理論和實驗研究建立起兩者之間的定量關(guān)系，才能使探地雷達技術(shù)真正應(yīng)用于探測物質(zhì)含水率這一領(lǐng)域。在這一方面已有一些學(xué)者開展了相關(guān)研究。

Hasted（1973）通過實驗獲得了25℃條件下水的介電常數(shù)隨電磁波頻率變化情況（圖2.1），可見在高頻電磁場作用下水的極化特性表現(xiàn)出較強的頻散特征。

Topp（1980）通過實驗給出的土壤介電常數(shù)與土壤含水率之間的近似關(guān)系式：

圖2.1水的介電常數(shù)隨頻率變化曲線

5.31022.92102b5.5104b24.3106b3

（0.022m3m-3，Jacobsen和Schjonning，1994）。

（2.1）

實踐證明上述實驗公式可以在不同類型、成分的土壤條件下取得較高的精度

更多的學(xué)者（如Dobson1985，Roth1990，F(xiàn)riedman1998，Jones和Friedman201*）則是建立土壤不同組成成分的介電常數(shù)和含量多少（包括含水率的多少）與土壤整體介電常數(shù)之間的關(guān)系模型。在這些模型中，土壤整體介電常數(shù)與土壤顆粒、土壤中含水率以及土壤中的空氣含量之間的關(guān)系可以用如下CRIM（ComplexRefractionIndexModel）模型來描述

1b(w(1n)s(n)a)

（2.2）其中，b為土壤整體介電常數(shù)，為土壤含水率，n為土壤的孔隙度，s、w及a分別為土壤顆粒、水及空氣的介電常數(shù)。系數(shù)α與電場方向和土壤構(gòu)造的相對關(guān)系有關(guān)。

上述表明前人的研究主要集中在土壤含水率與土壤整體介電常數(shù)之間的關(guān)系，這些關(guān)系式在測量土壤含水率方面取得較好效果，但不能直接用于描述其它介質(zhì)的含水率與介質(zhì)介電常數(shù)之間的關(guān)系。

在其它介質(zhì)研究方面，S.Laurens等研究了混凝土材料中含水率變化與雷達信號之間的關(guān)系，討論了雷達信號的速度、介電常數(shù)、幅值及相位與含水率之間的關(guān)系。LanboLiu等研究了瀝青材料中孔隙度、含水率與整體介電常數(shù)之間的關(guān)系，研究表明：在干燥條件下，介質(zhì)孔隙度的變化對整體介電常數(shù)影響不大；隨著含水率的增加介質(zhì)整體介電常數(shù)明顯增大。但研究尚不夠深入。

在應(yīng)用方面，美國在應(yīng)用探地雷達技術(shù)監(jiān)測葡萄園土壤水分狀況方面取得了很好的應(yīng)用效果；一些國家在應(yīng)用探地雷達技術(shù)監(jiān)測高速公路路基含水情況方面也開展了實驗和實際應(yīng)用工作。

從國內(nèi)刊物發(fā)表的文章看，國內(nèi)只有少數(shù)科技人員開展了部分研究工作，如楊厚榮等開發(fā)了WPRT-1型原油持(含)水率雷達測井儀，巧妙地利用了雷達探測技術(shù),可將原油持水率的測量范圍擴大到0～100%,測量精度達1%,有效地解決了油田高含水率生產(chǎn)的測量問題。

在其它方面，如能否應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)研究介質(zhì)含水率變化與雷達信號之間的關(guān)系，以及其它因素如環(huán)境溫度、介質(zhì)孔隙的大小等因素對測量結(jié)果的影響等方面的研究工作開展得還很少。

研究介質(zhì)含水率與探地雷達信號之間的關(guān)系可以利用數(shù)值模擬和物理模擬兩種方法。數(shù)值模擬方法方便、靈活，但由于數(shù)值模擬過程中進行了一定程度的近似處理，因此數(shù)值模擬結(jié)果與物理模擬結(jié)果會有一定差別，可以用于研究一般性規(guī)律。物理模擬更能準確地反映特定環(huán)境下物質(zhì)含水率變化對雷達波的影響規(guī)律，對探地雷達資料精確解釋是必不可少的，因此后者應(yīng)用較為普遍。雖然，探地雷達數(shù)值模擬技術(shù)最近十年得到了較大發(fā)展，國際上一些大學(xué)如荷蘭Delft理工大學(xué)、美國俄亥俄州立大學(xué)、科羅拉多礦業(yè)學(xué)院及一些商業(yè)公司開展了大量研究工作，已有商業(yè)或免費二、三維正演軟件出現(xiàn)。國內(nèi)中國礦業(yè)大學(xué)等科研機構(gòu)也有學(xué)者開展了數(shù)值模擬技術(shù)研究。但是，在數(shù)值模擬研究領(lǐng)域，除算法研究外，應(yīng)用研究主要集中在研究均勻介質(zhì)中局部不均勻體的響應(yīng)，雷達天線極化特性，介質(zhì)頻散特性等方面。由于這些研究中都假設(shè)介質(zhì)是均勻的，因此目前大多數(shù)軟件不能用于模擬介質(zhì)不均勻變化，也就難以直接用來模擬介質(zhì)含水情況。也很少見到利用數(shù)值模擬技術(shù)研究介質(zhì)含水率變化對雷達波的傳播特性影響規(guī)律等方面的報道。

總之，應(yīng)用探地雷達技術(shù)可以對大規(guī)模的測量介質(zhì)無損、高效、低成本地實現(xiàn)橫向與縱向空間連續(xù)觀測，是近年來探地雷達技術(shù)研究的新方向。但是，在建立探地雷達信號與介質(zhì)含水率之間的定量關(guān)系方面工作開展得還很不夠，需要開展更系統(tǒng)的物理實驗；在數(shù)值模擬方面還需要研制開發(fā)更適合的計算軟件。

三、研究工作總結(jié)

1、研究項目實施情況

根據(jù)合同要求，按計劃全面開展了研究工作，主要包括探地雷達三維正演技術(shù)研究；介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系物理實驗研究；介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系數(shù)值模擬研究等研究內(nèi)容，全面完成了合同規(guī)定的研究任務(wù)。完成的主要工作量包括：

①研制一套探地雷達三維正演軟件；

②完成了石英、瀝青砂等不同材料的探地雷達檢測含水率的物理模型試驗；③完成了部分理論模型的數(shù)值模擬研究；

④完成了物理實驗和數(shù)值計算數(shù)據(jù)的整理和分析；

⑤初步建立了適于瀝青、石英砂等材料的含水率-介電常數(shù)數(shù)學(xué)關(guān)系式。2、研究工作取得的主要成果和創(chuàng)新點

（1）受資助期間取得的主要研究成果

成果一利用時間域有限差分法實現(xiàn)了探地雷達三維正演計算，研制了一套探地雷達三維正演軟件，解決了目前探地雷達常見軟件無法模擬介質(zhì)孔隙度、含水率變化的問題，為應(yīng)用數(shù)值模擬方法開展介質(zhì)含水率問題研究提供了有力工具。

自然條件下，水賦存于介質(zhì)內(nèi)部的孔隙中，而且在非飽和狀態(tài)下，一部分孔隙含水，另一部分孔隙則充填為空氣。因此，開展介質(zhì)含水率數(shù)值模擬時，要求正演程序要能實現(xiàn)均勻介質(zhì)中隨機分布有不同比例的自由水或空氣等“雜質(zhì)”，而目前常見的正演軟件均假設(shè)介質(zhì)是均勻的，無法模擬介質(zhì)含水狀態(tài)，要應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)研究介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系，首先要研制一套合適的探地雷達三維正演軟件。

1.1基本理論

實驗表明，所有的電磁現(xiàn)象都服從麥克斯韋方程，在時間域中，麥克斯韋方程有如下形式：

EHBt

(3.1)

(3.2)

DJtDB0

(3.3)

(3.4)

在導(dǎo)電介質(zhì)中，對于單色電磁波，利用DE，BH，jE的關(guān)系及場矢量EE(r)eit、BB(r)e，很容易推導(dǎo)出頻率域波動方程的解為

EE0esrei(krt)(3.5)sri(krt)BB0eeit其中k和s與介質(zhì)物性參數(shù)和電磁波頻率有關(guān)。值得指出的是，水分子在交變電場情況下容易被極化，偶極距隨交變電場不斷改變方向。受分子的慣性影響，偶極子的取向需要一定時間（馳豫時間），出現(xiàn)極化滯后現(xiàn)象，即電場和感應(yīng)偶極矩之間出現(xiàn)了相位差，這時水的介電常數(shù)實際為復(fù)數(shù)，即：Re()iIm()，此時，3.5式中k和s分別為：

1Im()k"1()21Re()2(3.6)1Im()212s"1()12Re()因子S決定振幅隨傳播距離的減速度，故稱S為衰減系數(shù)。電磁波在介質(zhì)中的

12傳播速度v由因子K決定

vk112(3.7)

Im()21"1()1Re()2可以看出，介電常數(shù)的實部為介質(zhì)的固有極化，虛部為介電損耗，并與導(dǎo)電

率合并成為介質(zhì)的有效導(dǎo)電率。實驗表明介電常數(shù)的實部和虛部還隨頻率變化，變化規(guī)律可以用Debye公式來描述（Debye，1929）

(f)s1(iffrel)(3.8)

其中，s、為直流和極高頻狀態(tài)下介質(zhì)的介電常數(shù)，frel為弛豫頻率。對于25℃條件下的自然水，其Debye參數(shù)為εs=80.1，ε∞=4.2，frel=17.1GHz（Hasted,1973）。根據(jù)Debye模型可以計算出當雷達波頻率為1GHz時，由于水分子的遲豫作用產(chǎn)生的附加電導(dǎo)率約為0.265s/m，這與自然狀態(tài)下常見物質(zhì)的電導(dǎo)率在同一量級或更高一些，因此在介質(zhì)含水率模型正演計算中，必須考慮水分子所產(chǎn)生的附加電導(dǎo)率的影響。

1.2數(shù)值模擬的實現(xiàn)

探地雷達三維正演計算最常采用的方法是時間域有限差分法。時間域有限差分法最早由Yee于1966年提出，是一種對麥克斯韋方程進行離散化的簡單實用技術(shù)。Yee巧妙地在剖分單元內(nèi)使電場分量與磁場分量在時間和空間上相互分離，利用中心差商代替微商把連續(xù)變量離散化，使含時間變量的麥克斯韋旋度方程離散以后構(gòu)成顯式差分方程，從而可以在時間上迭代求解，而不需要進行矩陣求逆運算。由給定相應(yīng)電磁問題的初始值，應(yīng)用時間域有限差分法就可以逐步推進地求得以后各個時刻空間電磁場的分布。

具體計算流程如下：

否根據(jù)發(fā)射脈沖信號設(shè)置下一時間步長發(fā)射天線的電場值是是否完成設(shè)計時間步長？應(yīng)用吸收邊界條件計算邊界上的電場值根據(jù)各單元磁場值計算各單元下一時間步長的電場值設(shè)定發(fā)射天線位置、長度及極化方向設(shè)定發(fā)射脈沖信號設(shè)計時間步長設(shè)計正演模型：計算空間尺度；剖分單元尺度；各剖分單元電/磁性參數(shù)賦值。為計算空間各單元電場分量賦初始值根據(jù)各單元電場值計算各單元磁場值

1.3數(shù)值計算結(jié)果檢驗

根據(jù)電磁場理論可以推導(dǎo)出球坐標系下描述自由空間中電偶極子輻射場時空分布的解析公式如下:

r2cc2cc2Er,t22cose22sinpt(3.9)er4rrtrtrtrc結(jié)束輸出數(shù)據(jù)文件式中p(t)為偶極子的電偶極矩，c為光速。

為方便求解，發(fā)射信號選為高斯脈沖，其函數(shù)的時域形式為：

4tt02(3.10)Eitexp2其中τ為常數(shù)，決定了高斯脈沖的寬度，脈沖峰值出現(xiàn)在tt0時刻，如圖3.1所示，實際計算中τ=2ns。圖3.2、3.3分別為電偶極子下方10和25厘米處平行偶極子方向電場的解析解和時間域有限差分法三維正演對比結(jié)果。

對比結(jié)果顯示，在電偶極子下方10厘米處，解析解和數(shù)值解十分接近；25厘米處的結(jié)果顯示在信號晚時兩者存在少許差別，其原因可能是邊界效應(yīng)引起的。數(shù)值解與解析解的一致性證明研制的正演軟件是可靠的。

0.050.040.030.020.010-0.01-0.0210.8E(v)0.60.40.201*2345t(ns)圖3.1高斯脈沖信號

解析解0.5解析解數(shù)值解

0.4幅值(v/m)0.30.20.100-0.1

24681012幅值(v/m)數(shù)值解時間（ns）

時間（ns）

圖3.2天線下方10厘米處數(shù)值解和

解析解計算結(jié)果圖3.3天線下方25厘米處數(shù)值解和

解析解計算結(jié)果

成果二首次應(yīng)用數(shù)值模擬方法進行了介質(zhì)孔隙度及含水率變化對雷達信號傳播特征影響規(guī)律的研究。在介質(zhì)含水率數(shù)值模擬中，不僅考慮了介質(zhì)電導(dǎo)率的影響，也考慮了高頻電磁場條件下，由于極化滯后效應(yīng)造成的介電損耗，并利用物理模型實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析，證明了這種思路的合理性。研究結(jié)果表明應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究介質(zhì)孔隙度及含水率的變化對探地雷達信號傳播特性的影響規(guī)律是可行的。

2.1介質(zhì)孔隙度變化與雷達信號傳播特性關(guān)系2.1.1數(shù)值模擬模型設(shè)計：

數(shù)值模擬模型由相對介電常數(shù)（r）、電導(dǎo)率（/sm-１）橫向均勻的三層介質(zhì)組成，其中第一層介質(zhì)為空氣；模型及其坐標系統(tǒng)見圖3.4，即：各層介質(zhì)物性參數(shù)：r1＝1.0、1＝0.0s/m，r2＝5.4、2＝0.0s/m、r3＝15.0、3→∞；

模型整體尺寸：0.50×0.50×0.50m，第一界面位于XOY平面上0.25m，第二界面在0.45m處；

雷達波場源為電偶極子天線，位于第一界面中心上方0.01m處；電偶極子極化方向平行X軸，主頻1GHz；

剖分單元尺寸：0.005×0.005×0.005m。為研究介質(zhì)孔隙度變化對雷達信號傳播的影響：①在第二層介質(zhì)中加入隨機分布，相對介電常數(shù)r＝1.0、電導(dǎo)率=0.0s/m的異常單元，借以模擬均勻介質(zhì)中分布有充滿空氣的孔隙；②異常單元所占模型剖分單元的體積百分比分別為：2％，4％，，10％。

圖3.4模型示意圖

模型參數(shù)：第一層：εr1＝1.0，σ1=0.0(s/m)，厚度h1=25cm

第二層：εr2＝5.4，σ2=0.0(s/m)，厚度h2=20cm第三層：εr3＝15.0，σ3→∞

空氣天線xy=5.40s/mz

2.1.2模型正演結(jié)果分析

介質(zhì)的孔隙可看作均勻介質(zhì)中加入具有另一種介電常數(shù)的“雜質(zhì)”。雷達波的傳播特性會隨著“雜質(zhì)”含量的多少發(fā)生改變。

圖3.5為介質(zhì)孔隙度分別為2%、4%、、10%時，通過天線中心，平行電偶極子極化方向剖面上t=2.0ns時刻電場分量Ex空間分布狀況，可見隨著孔隙度增大，電場的背景“噪聲”明顯增強。

計算結(jié)果表明：隨著介質(zhì)孔隙度增大，由于孔隙內(nèi)充填的空氣使介質(zhì)的等效介電常數(shù)減�。▓D3.6），雷達波傳播速度增大（圖3.7），反射信號的走時明顯減小，信號的幅值也有小幅增大（圖3.8）。雷達波傳播速度由孔隙度為零時的12.91cm/ns近似線性地增加到孔隙度為10%時的13.61cm/ns，即孔隙度每增加

圖3.5t=2.0ns時孔隙度不同的介質(zhì)中垂直電偶極子方向電場Ex空間分布圖

1：孔隙度＝0%；2：孔隙度＝2%；3：孔隙度＝4%；

6：孔隙度＝10%4：孔隙度＝6%；5：孔隙度＝8%；

1%，反射波傳播速度平均增大0.54%。介質(zhì)等效介電常數(shù)由孔隙度為零時的5.29減小到孔隙度為10%時的4.86，即孔隙度每增加1%，等效介電常數(shù)平均減小0.8%。

不同的觀測參數(shù)相對介質(zhì)孔隙度變化的靈敏程度也不一樣。圖3.9為不同觀測參數(shù)的靈敏度曲線�？梢钥闯鼋橘|(zhì)的等效介電常數(shù)對于介質(zhì)孔隙度變化最靈敏，反射波速度次之，這是因為介電常數(shù)與電磁波傳播速度呈平方反比關(guān)系。信號的幅值相對靈敏度較低，這是因為信號幅值的改變主要是因為介質(zhì)孔隙度的變化改變了介質(zhì)的等效介電常數(shù)，從而改變了介質(zhì)與相鄰介質(zhì)間的反射和折射系數(shù)，使電磁波的傳播發(fā)生改變，但這種改變是有限的。另一方面，介質(zhì)孔隙度的存在又有可能使雷達波產(chǎn)生散射從而降低幅值的信噪比，因此實際工作中若根據(jù)反射信號幅值反演介質(zhì)孔隙度可能較其它兩個參數(shù)反演精度低。

5.413.8速度（cm/ns）等效介電常數(shù)13.65.213.413.25134.80246810

12.80246810

0.0278孔隙度(%)孔隙度（%）

圖3.6介質(zhì)等效介電常數(shù)隨孔隙度變化曲線

圖3.7雷達波傳播速度隨孔隙度變化曲線

1.2反射波幅值（v/m）等效介電常數(shù)雷達波速度靈敏度（dB）0.02760.80.02740.40.02720反射信號幅值

0.0270246810

-0.40246810孔隙度（%）孔隙度（%）

圖3.8反射波幅值隨孔隙度變化曲線圖3.9不同觀測參數(shù)隨孔隙度變化靈敏度曲線2.2介質(zhì)含水率變化與雷達信號傳播特性關(guān)系

介質(zhì)含水率變化對雷達信號的影響有時被認為是干擾，有時又可被利用。第一章中已經(jīng)提到由于水的特殊性質(zhì)，即具有高介電常數(shù)和相對較大的附加電導(dǎo)率，使電磁波在含水介質(zhì)中的傳播變得更加復(fù)雜，因此，介質(zhì)含水率模型可以看作是均勻介質(zhì)中加入同時具有高介電常數(shù)和高電導(dǎo)率“雜質(zhì)”的模型。事實上，介質(zhì)中含水率大小與介質(zhì)孔隙度是密切相關(guān)的。介質(zhì)在飽和狀態(tài)下，孔隙度越大，介質(zhì)含水率越高。當介質(zhì)處于不飽和狀態(tài)時，介質(zhì)中既含有水也含有空氣。這里將計算兩類模型，模型一中只考慮介質(zhì)含水率變化，模型二中同時考慮含水率和孔隙度的變化。

2.2.1數(shù)值模擬模型一設(shè)計

數(shù)值模型仍由相對介電常數(shù)（r）、電導(dǎo)率（/sm-１）橫向均勻的三層介質(zhì)組成，其中第一層介質(zhì)為空氣；模型及其坐標系統(tǒng)見圖3.10。

空氣天線x=5.40s/myz

圖3.10模型示意圖

模型參數(shù)：第一層：εr1＝1.0，σ1=0.0(s/m)，厚度h1=35cm

第二層：εr2＝5.4，σ2=0.0(s/m)，厚度h2=10cm第三層：εr3＝15.0，σ3→∞

介質(zhì)中存在的自由水可以看作是均勻介質(zhì)中加入一種同時具有高介電常數(shù)和高電導(dǎo)率的“雜質(zhì)”。雷達波的傳播特性會隨著“雜質(zhì)”含量的多少發(fā)生改變。為研究介質(zhì)含水率變化對雷達信號傳播的影響，在第二層均勻介質(zhì)中加入一定體積百分比，呈隨機分布的高介電常數(shù)、高電導(dǎo)率的異常單元。異常單元：①所占模型中剖分單元的體積百分比分別為：2％，4％，，10％；②由于水為有極分子，在高頻電磁場作用下，水分子的馳豫作用會產(chǎn)生附加電導(dǎo)率；因此在數(shù)值模擬計算時，必須考慮其附加電導(dǎo)率對雷達波的影響。依據(jù)第一章提到的Debey模型，在天線（雷達波場源）主頻為1GHz的條件下，異常單元的物性參數(shù)�。�

相對介電常數(shù)r＝80.1；

水自身電導(dǎo)率為＝0.1/sm-1；馳豫作用產(chǎn)生的附加電導(dǎo)率Im()＝0.265/sm-1，并假設(shè)附加電導(dǎo)率在雷達波主頻附近的小范圍內(nèi)不隨頻率而改變。

2.2.2模型正演結(jié)果分析

圖3.11為介質(zhì)含水率分別為2%、4%、、10%時，通過天線中心，分別平行電偶極子極化方向的剖面上t=2.0ns時刻電場分量Ex空間分布狀況�？梢姡�

①隨著含水率增大，雷達波場產(chǎn)生越來越強的散射現(xiàn)象，電場的背景“噪聲”明顯增強；

②介質(zhì)等效介電常數(shù)由不含水時的5.4，增大到含水率為10%時的9.8（圖3.12），即含水率每增加1%，等效介電常數(shù)平均增大7.7%。隨著含水率增大，雷達波的傳播速度明顯減�。▓D3.13）。由不含水時的12.9cm/ns近似線性地減小到含水率為10%時的9.57cm/ns，即含水率每增加1%反射波傳播速度平均減小2.9%。信號的絕對幅值則由不含水時的114.4mv/m減小到含水率為10%時的84.9mv/m（圖3.14），即含水率每增加1%，信號絕對幅值平均減小1.9%，從而造成探地雷達的有效勘探深度也隨之減小。

總之，介質(zhì)含水率的改變會使雷達波的空間傳播特性發(fā)生強烈改變。作為干擾源，介質(zhì)含水率的變化，會降低探地雷達的有效勘探深度和對弱不均勻體的空間分辯能力；對目標層（體）埋藏深度的估計可能出現(xiàn)偏差。

正因為電磁波對介質(zhì)含水率變化如此靈敏，所以探地雷達技術(shù)更適合用于探測含水率分布不均勻介質(zhì)情況。根據(jù)模型正演得到的反射波傳播速度、幅值及介質(zhì)的等效介電常數(shù)與介質(zhì)含水率之間的關(guān)系式可用來指導(dǎo)探地雷達的資料解釋。

圖3.11t=2.0ns時含水率不同的介質(zhì)中垂直電偶極子方向剖面電場

Ex分量空間分布圖

1：含水率＝0%：2：含水率＝2%；含水率＝4%；4,含水率＝6%5：含水率＝8%；6：含水率＝10%圖3.15為不同觀測參數(shù)的靈敏度曲線�？梢钥闯鼋橘|(zhì)的等效介電常數(shù)對于介質(zhì)含水率變化最為靈敏；反射波速度與信號幅值的靈敏度相當。

此外，由于水在高頻電磁場作用下能產(chǎn)生較強的附加電導(dǎo)率，致使信號的幅值隨介質(zhì)含水率變化發(fā)生明顯改變；水又具有較高的介電常數(shù)使得電磁波的傳播速度隨介質(zhì)含水率的變化十分敏感。但自然界中的常見物質(zhì)大都不具有這樣雙重性質(zhì)，這也就為應(yīng)用探地雷達方法區(qū)分水與非水提供了十分有利的前提。

等效介電常數(shù)1013速度（cm/ns）012345678910

9128711610590246810

0.12含水率(%)

含水率(%)

圖3.12等效介電常數(shù)隨含水率變化曲線圖3.13雷達波速度隨含水率變化曲線

信號幅值（v/m）靈敏度（dB）6543210等效介電常數(shù)傳播速度信號幅值

0.11

0.10.090.0802468100246810

含水率（%）含水率（%）

圖3.14反射波幅值隨含水率變化曲線圖3.15不同測量參數(shù)靈敏度曲線

2.2.3數(shù)值模擬模型二設(shè)計

模型二是為了與物理實驗結(jié)果進行對比，以檢驗數(shù)值模擬技術(shù)的有效性。物理實驗結(jié)果取自法國作者S.Lauren發(fā)表在“Non-destructiveTestinginCivilEngineering201*”會議論文集中的文章中。作者為研究混凝土含水率變化與介質(zhì)等效介電常數(shù)及雷達波傳播特性的關(guān)系，進行了物理實驗。實驗?zāi)Ｐ蜑榱⒎襟w，長和寬均為25cm，高為7cm。雷達天線放在模型的上方，天線主頻為1.5GHz。模型的底面放在一金屬板上，以使雷達波產(chǎn)生全反射（圖3.16）。實驗結(jié)果得到了介質(zhì)等效介電常數(shù)、傳播速度隨介質(zhì)含水率變化的關(guān)系曲線（圖3.17）。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行了CRIM模型分析，在CRIM模型中，介質(zhì)固體材料的介電常數(shù)取為4.0，孔隙度取14%。

圖3.16混凝土實驗?zāi)Ｐ停ㄗ螅┘皽y量裝置（右）

圖3.17實驗結(jié)果

圖3.18CRIM模型與實測結(jié)果對比

為了模擬上述物理實驗結(jié)果，數(shù)值模型仍由相對介電常數(shù)（r）、電導(dǎo)率（/sm-１

）橫向均勻的三層介質(zhì)組成，其中第一層介質(zhì)為空氣，第二層介質(zhì)的相對介電常

數(shù)和厚度與物理模型相同，分別取r2＝4.2，h2=7cm，雷達天線主頻設(shè)計為1.5GHz，第三層取電導(dǎo)率為無窮大，以模擬金屬板。模型及其坐標系統(tǒng)見圖3.19�？諝馓炀�=4.20s/mxyz

圖3.19模型示意圖

模型參數(shù)：第一層：εr1＝1.0，σ1=0.0(s/m)，厚度h1=25cm

第二層：εr2＝4.2，σ2=0.0(s/m)，厚度h2=7cm第三層：εr3＝15.0，σ3→∞

為研究介質(zhì)孔隙度及含水率變化對雷達信號傳播的影響，孔隙度及含水率變化異常場的設(shè)計，是在第二層均勻介質(zhì)中加入呈隨機分布的異常單元：

①異常單元所占模型剖分單元的體積百分比為14%；

②異常單元中一部分充填水，另一部分充填空氣，二者在空間上均為隨機分布。填水單元所占模型剖分單元的體積百分比分別為0％，2％，4％，，14％，同時，充填空氣的異常單元所占模型剖分單元的體積百分比分別為14％，12％，，2％，0％。

③依據(jù)Debey模型，在天線（雷達波場源）主頻為1.5GHz的條件下，異常單元的物性參數(shù)�。�

相對介電常數(shù)r＝80.1；

水自身電導(dǎo)率為＝0.1/sm-1；弛豫作用產(chǎn)生的附加電導(dǎo)率Im()＝

0.6/sm-1，并假設(shè)附加電導(dǎo)率在雷達波主頻附近的小范圍內(nèi)不隨頻率而改變。

圖3.20為數(shù)值模型計算結(jié)果與物理實驗結(jié)果對比情況�？梢钥闯�，無論是反射信號幅值，還是根據(jù)速度換算出的介質(zhì)等效介電常數(shù)，其數(shù)值模擬結(jié)果與物理實驗結(jié)果都吻合較好，特別是當介質(zhì)含水率較低時（含水率小于6%），兩種結(jié)果更為接近。隨著含水率增大，介質(zhì)的不均勻程度增強，干擾程度隨之加大，計算結(jié)果相對較分散。但數(shù)值模擬技術(shù)能較好地計算出反射信號幅值的相對變化情況。

數(shù)值模擬結(jié)果與物理模型實驗結(jié)果對比分析證明了數(shù)值模擬技術(shù)的可行性和有效性，也說明了在數(shù)值模擬計算中由于引入了附加電導(dǎo)率，使其結(jié)果更為合理。因此，數(shù)值模擬計算技術(shù)可以作為研究介質(zhì)不均勻性對電磁波傳播特性影響規(guī)律的有效手段。

反射信號幅值相對改變量（dB）

介質(zhì)等效介電常數(shù)含水率（%）

物理實驗數(shù)據(jù)

含水率（%）

物理實驗數(shù)據(jù)

數(shù)值模擬計算曲線

數(shù)值模擬計算曲線

圖3.20物理實驗與數(shù)值模擬結(jié)果對比

成果三開展了石英砂、公路瀝青等材料的探地雷達檢測含水率物理模型實驗。通過根據(jù)物理實驗結(jié)果，分析了這些材料的等效介電常數(shù)、幅值、傳播速度、頻譜特征等參數(shù)隨介質(zhì)含水率的變化規(guī)律；用數(shù)值模擬方法和前人的試驗數(shù)據(jù)對實驗結(jié)果進行了檢驗，證明了實驗結(jié)果的可靠性，試驗結(jié)果表明應(yīng)用探地雷達技術(shù)檢測介質(zhì)含水率是可行的，其無損、非接觸、高效的特性表現(xiàn)出其它檢測介質(zhì)含水率的傳統(tǒng)技術(shù)所不具備的優(yōu)勢。

（2）資助期間發(fā)表論文、論著、報告及專利情況資助期間發(fā)表論文4篇，完成研究報告7部。

⑴ExperimentaldeterminationofbulkdielectricpropertiesandporosityofporousasphaltandsoilsusingGPRandacyclicmoisturevariationtechnique，Geophysics，Vol.71,No.4，第三作者；⑵StructuralfeaturesoftheCoqenbasinincentralTibetbymagnetotelluricsounding，JournalofChinaUniversityofGeosciences，Vol.18,SpecialIssue,第一作者；

⑶青藏高原措勤盆地大地電磁測量初步結(jié)果，物化探計算技術(shù)，201*年增刊，第一作者；

⑷介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系數(shù)值模擬研究，物探與化探，Vol.33,No.5,201*第一作者；

⑸羌塘盆地石油地質(zhì)走廊大剖面綜合地質(zhì)調(diào)查（玉盤湖雙湖段）大地電磁測深調(diào)查報告，第一作者；

⑹措勤盆地石油地質(zhì)走廊大剖面綜合地質(zhì)調(diào)查（洞錯東措勤段）大地電磁測深調(diào)查報告，第二作者；

⑺羌塘盆地龍尾湖區(qū)塊連續(xù)電磁剖面（CEMP）測量成果報告，第一作者；⑻羌塘盆地關(guān)鍵地段連續(xù)電磁剖面測量成果報告，第一作者；⑼青藏高原石油地質(zhì)調(diào)查大地電磁測量綜合研究報告，第一作者；⑽青藏高原非地震油氣勘探方法技術(shù)綜合研究成果報告，第三作者；⑾青藏高原油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價成果報告，主筆一章。（3）負責和參加相關(guān)科研項目情況

資助期間，除完成資助課題外，還承擔了如下科研工作。

⑴參加國家油氣專項“青藏高原油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價（XQ201*06）”過程中，負責完成了如下專題：

①洞錯東措勤石油地質(zhì)走廊大剖面大地電磁測量（科油[201*]10號），201*年，經(jīng)費130萬，第一負責人；

②羌塘盆地龍尾錯區(qū)塊連續(xù)電磁剖面（CEMP）測量（科油[201*]15號），201*年，經(jīng)費50萬元，第一負責人；③羌塘盆地重點地區(qū)電磁陣列剖面測量（科油[201*]07號），201*年，經(jīng)費256萬元，第一負責人；

④青藏高原油氣勘探方法技術(shù)綜合研究（科油[201*]13號、科油[201*]09號、科油[201*]06號、科油[201*]07號），201*-201*年，經(jīng)費366萬元，第二負責人。

⑵國土資源部公益性行業(yè)科研專項“重要成礦區(qū)帶地球物理深部探測與研究示范（201*11039）”，201*-201*，總經(jīng)費304萬，第一負責人。

⑶國土資源大調(diào)查項目“龍門山及鄰近構(gòu)造帶綜合地球物理調(diào)查（121201*914049）”，201*-201*年，201*年度經(jīng)費200萬元，第一負責人。

⑷國土資源大調(diào)查與物化探所基本科研業(yè)務(wù)費聯(lián)合資助項目“永久凍土區(qū)天然氣水合物電磁異常特征研究”，201*年，總經(jīng)費80萬元，第一負責人。

⑸國土資源大調(diào)查項目（121201*980046）“松遼外圍中新生代盆地群油氣地質(zhì)綜合調(diào)查”，201*-201*年，201*年度經(jīng)費180萬元，第三負責人。

四、經(jīng)費使用情況

見決算報告。

五、所在單位審核意見

1、單位對受資助者給予的支持

為完成本項目，中國地質(zhì)科學(xué)院物化探研究所在人力、財力和物力方面給與了受資助人大力支持。不僅提供了用于開展物理模擬實驗所需的實驗室、探地雷達及計算機等設(shè)備，還免收了項目參加人員的工資福利等費用。

2、單位學(xué)術(shù)委員會對受資助者研究成果的評價

探地雷達是一種快速高效地對淺層目標體進行精細探測的手段，其應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣。受資助者根據(jù)實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題，以開發(fā)新的檢測介質(zhì)含水率的方法技術(shù)，拓寬探地雷達應(yīng)用領(lǐng)域為目的，以介質(zhì)含水率對雷達波傳播特性影響規(guī)律研究為切入點，選定“介質(zhì)含水率與探地雷達信號關(guān)系研究”為題，既具有理論意義，又具有實用價值。

研究工作在以下幾方面具有創(chuàng)新性：

⑴利用時間域有限差分方法實現(xiàn)了探地雷達三維正演計算。解決了目前探地雷達常見軟件無法對模型介質(zhì)加入隨機擾動參數(shù)問題，為應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)開展介質(zhì)不均勻性問題研究提供了有力工具。

⑵采用數(shù)值模擬方法研究了介質(zhì)含水率變化對雷達波傳播特性的影響規(guī)律，并通過與物理實驗結(jié)果的對比分析，檢驗了所實現(xiàn)的數(shù)值模擬方法的有效性。

⑶在研究介質(zhì)含水率影響的數(shù)值模型中，不僅考慮了介質(zhì)導(dǎo)電率的影響，也考慮了高頻電磁場條件下由于極化滯后效應(yīng)造成的介電損耗，并通過物理模型實驗數(shù)值模擬結(jié)果的合理性。

⑷通過探地雷達與傳統(tǒng)介質(zhì)含水率檢測方法（TDR法）物理實驗結(jié)果的對比研究，證明了探地雷達是檢測介質(zhì)含水率的一種有效方法，而其本身所具有的無損、非接觸、高效的特性使探地雷達可能成為一種實用的檢測介質(zhì)含水率的方法。

⑸通過物理模型實驗，分析研究了石英砂、瀝青公路材料的等效介電常數(shù)隨介質(zhì)含水率的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，提出了介質(zhì)含水率與等效介電常數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。

總之，受資助者完成的研究工作很有意義，并取得了一些具有創(chuàng)新性的進展和認識，較圓滿地完成了設(shè)計的工作任務(wù)。

中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所學(xué)術(shù)委員會主任：胡平

3、對受資助者資助期間總體工作情況的評價

方慧同志任我所油氣與深部地球物理研究室主任，是物化探所國家科技創(chuàng)新基地地球物理研究領(lǐng)域的科研骨干。受資助期間，不僅較好地完成了受資助的科研工作，同時，作為負責人還先后承擔了國家專項“青藏高原油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價”項目中的4個專題，國土資源部公益性行業(yè)科研專項1項，地質(zhì)大調(diào)查工作項目2項，其它項目1項。帶領(lǐng)科研團隊多次進入青藏高原藏北無人區(qū)、青海祁連山地區(qū)和川西龍門山地區(qū)開展工作，在探測羌塘盆地等青藏重點含油氣盆地構(gòu)造格架方面，在研究青藏高原油氣資源戰(zhàn)略調(diào)查與評價有效物化探方法技術(shù)組合方面，在探索凍土區(qū)天然氣水合物調(diào)查物化探有效技術(shù)方面，在探測龍門山構(gòu)造帶深部結(jié)構(gòu)及地震活動性等方面取得了不少新的認識和成果，成績顯著。

該同志基礎(chǔ)理論扎實，學(xué)術(shù)思想敏銳，有強烈的創(chuàng)新意識和很好的職業(yè)道德以及團隊合作精神，具有良好的科研素質(zhì)。

中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所所長：韓子夜主要參考文獻

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