探地雷達(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)是一種利用超寬帶電磁脈沖進行地下目標體探測的無損探測儀器，具備檢測速度快、連續(xù)無損傷、高檢測精度和低檢測成本等特點。探地雷達用于道路檢測時，通常將道路材料視為均質(zhì)材料，基于均質(zhì)假設來建立路面結(jié)構(gòu)體系模型，采用均勻介質(zhì)理論進行數(shù)據(jù)解釋。實際道路材料組成和構(gòu)造具有非均質(zhì)的特征，道路工程材料一般可看作是由固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三相介質(zhì)成分組成的混合物，表現(xiàn)出介質(zhì)的組成和構(gòu)造非均勻性的特點，不同位置分布的材料介電特性也不盡相同。如果不考慮材料的非均勻性，采用均勻介質(zhì)理論進行數(shù)據(jù)解釋，將不能如實準確的反映實際材料的固有特征。
本文針對上述探地雷達應用技術(shù)存在的問題，開展了探地雷達電磁波在路面非均勻介質(zhì)中的傳播特性研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
(1)基于試驗，對道路材料(瀝青混凝土、水泥混凝土)的介電常數(shù)進行了研究，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明實際道路工程材料的非均勻性是客觀存在的。
(2)基于電磁波理論，分析了電磁波在一維非均勻介質(zhì)中的傳播性質(zhì)，并對反射波與透射波的振幅及傳播速度等進行了研究。
(3)結(jié)合路面結(jié)構(gòu)體系和道路材料的特點，通過對路面各結(jié)構(gòu)層進行離散劃分的方法，建立了一維非均勻路面介質(zhì)的等效結(jié)構(gòu)模型。采用多頻成分合成的方法模擬了電磁波在路面非均勻介質(zhì)的傳播，并編制了相應的程序?qū)崿F(xiàn)了雷達電磁波的傳播模擬。
(4)分析對比了雷達電磁波在均勻介質(zhì)和非均勻介質(zhì)中的傳播模擬結(jié)果，結(jié)果表明，考慮介質(zhì)非均勻性的模擬反射波與實測反射波的擬合效果更好。
開展探地雷達電磁波在路面非均勻介質(zhì)中的模擬研究，能夠充分挖掘出雷達模擬波信號中蘊含的豐富材料信息，結(jié)果更加符合工程材料的特點，論文研究成果可為探地雷達數(shù)據(jù)解釋提供理論支持。