利用阵列天线探地雷达采集的时移多偏移收集跟踪入渗前深度

本实验的总体目标是使用阵列天线探地雷达跟踪田间土壤的渗透前沿。这种方法可以帮助回答包气带水文学领域的关键问题，例如了解水在降雨期间如何渗入土壤。这种技术的主要优点是，在动态的地下过程（如渗透）中，可以以最小的工作量无缝地收集延时多偏移收集。

演示该程序的是 Nobuhito Nagai 和 Yukio Tobe。天线阵列是本实验的核心。这个外壳内是用于此实验的 21 天线。

此原理图提供了其他详细信息。有 10 个发射天线和 11 个接收蝴蝶结单拉天线，由步频连续波形雷达单元控制。该阵列可以在所有 110 个发射器接收器对之间切换。

确定渗透测试的地点。确保表面裸露、平坦，并且大约为 3 米 x 3 米。获得 2.5 米长的多孔管。

管孔隙率允许水释放到地面上。使用管子在图上构建灌溉渗透系统。该系统的管子平行并相距 15 厘米。

将管子的一端与连接到水源的阀控进水口连接。并将另一端连接到插座。接下来，获得一块比天线阵列略大的薄木板，并将其放在多孔管上。

面板应平整并覆盖管子。继续在面板附近安装土壤湿度传感器。这种棒式传感器可测量多个深度的水分。

首先，将传感器的接入管安装在木板旁边的地面上。然后将杆式传感器放入接入管中。首先将天线阵列放置在木板上，以渗透系统为中心。

使用同轴电缆将阵列连接到控制器，并将控制器连接到计算机。设置天线序列以对所有发射机接收机组合执行全面扫描并开始收集数据。此时，前往水源并开始流动和渗透。

注入预定量后停止进水。然后，停止使用雷达阵列收集数据。收集数据后，对其进行分析以找到速度估计值。

这是来自天线阵列的延时雷达图的一个例子。数据是在实验的 60 分钟内采集的。以黑线为界的每个区域对应于一个发射器和 11 个接收器收集的数据。

发射器的位置由红色三角形指示。第三个轴是反射信号从发射到接收的总时间。不同的颜色表示信号幅度。

使用此数据，构建通用中点数据立方体。新的轴是发射天线和接收天线的分离。这是实验期间给定时间的公共中点数据立方体的横截面。

确定每个此类帧的湿润前沿反射。使用此方程通过调整两个参数 t0 和 vr 来拟合双曲曲线。白色曲线表示来自润湿前沿的反射的传播时间。

紫色曲线是空气波和地波的传播时间。这是渗透实验的代表性雷达图。每个部分都与一个发射机相关联。

沿纵轴是从发射器到反射器再到接收器的传播时间。灰度颜色图表示信号振幅。在这个延时摄影中，从其中一个常见的中点数据区域观察到，随着实验的进行，高振幅信号稳步向下移动。

当水渗透到地下时，湿润前沿的反射会产生该信号。对于速度分析，请使用每分钟获取的常见中点数据。在这个样本数据中，实验开始 5 分钟后，反射波的最佳拟合曲线是白色实线，而电波的最佳拟合曲线是虚线。

随着时间的推移，旅行时间呈线性增加。这些是估计的润湿前沿深度与经过时间的函数关系图。三角形用于统一介质的模型。

正方形用于两层模型，该模型考虑了数组下的木板。黑色的间隔表示湿度传感器在给定深度的读数何时开始增加以及何时稳定。我们在阵列天线探地雷达的演示中首次提出了这种方法的想法。

我们想到要校正延时多偏移数据。此过程的最大优点是，我们不需要移动天线来收集多偏移收集，这与公共地面穿透更大的系统不同。一旦你开始测量，它就只是监控，什么都不做。

在尝试此过程时，请务必记住不要移动天线，以确保数据的可重复性。该技术开发后，将为包气带水文学领域的研究人员探索田间土壤中的水运动铺平道路。观看此视频后，您应该对如何使用阵列天线探地雷达来跟踪渗透前沿有很好的了解。