井中雷达成像理论及技术

井中雷达成像理论及技术是探测地面以下介质的物理特性和分布规律的一种优选理论和技术，以其更大深度、近距离目标探测、噪声干扰小等一系列优点，而被地质和石化行业所广泛采用。本书从理论与工程应用相结合的角度，系统地介绍了井中雷达的主要内容，包括井中雷达的基本原理、瞬态脉冲在井周地质中的传播特性、适用于井中的天线系统、发射与接收系统、数据采集与处理系统；并介绍了井中雷达的应用实例。全书共8章，分别从不同的角度阐释了井中雷达的有关内容，为井中雷达技术的科学发展和深入应用打下了一个良好的基础。通过对本书的学习，读者能够基本了解和系统地掌握井中雷达成像的相关理论和技术。

第1章井中雷达的基本原理和方法1
1.1井中雷达的基本原理和概念1
1.1.1井中雷达的基础理论1
1.1.2井中雷达系统结构和基本概念9
1.2井中雷达的测井方法14
1.2.1单孔井中反射测量14
1.2.2跨孔井中透射测量18
1.2.3井中地面透射测量18
1.3井中雷达的应用及现状19
习题22
参考文献22
第2章瞬态脉冲在井周复杂环境介质中的传播特性25
2.1基本的电磁关系25
2.2复介电常量和复电导率26
2.3损耗介质中平面波的传输特性29
2.4岩层分界面和裂缝的反射系数31
2.5瞬态脉冲在井周复杂环境介质中传输特性的研究方法38
2.5.1存在的问题和解决方法38
2.5.2FDTD法的基本原理39
2.5.3FDTD法的稳定性43
2.5.4FDTD法的数值色散特性43
2.5.5FDTD法的吸收边界条件44
2.5.6初值条件和激励函数72
2.6瞬态脉冲雷达成像测井样机系统Ⅰ的成像实验仿真73
习题77
参考文献77
第3章井中雷达天线79
3.1天线基本原理79
3.1.1天线的场区80
3.1.2辐射波瓣图80
3.1.3波束范围82
3.1.4定向性D和增益G83
3.1.5有效口径84
3.1.6有效长度86
3.1.7天线阻抗87
3.1.8线极化、椭圆极化和圆极化89
3.2时域天线90
3.2.1波形不畸变条件与波形保真系数91
3.2.2群延时92
3.2.3能量方向系数及时域增益93
3.2.4时域天线设计94
3.2.5常见时域天线95
3.3典型井中雷达天线101
3.3.1典型全向发射井中雷达天线102
3.3.2井中雷达定向接收天线105
3.4井中雷达定向阵列天线112
习题114
参考文献115
第4章井中雷达的瞬态脉冲源117
4.1瞬态脉冲信号的基本特性118
4.1.1瞬态脉冲信号分析118
4.1.2瞬态脉冲常用技术参数122
4.2常用瞬态脉冲信号的产生123
4.2.1高速电子开关器件124
4.2.2数字逻辑器件133
4.3井中雷达脉冲源的设计与仿真134
4.3.1雪崩晶体管脉冲产生基本电路134
4.3.2雪崩晶体管常用组合块方式137
4.3.3雪崩晶体管双极性信号的产生140
4.3.4雪崩晶体管Marx电路的理论计算142
4.3.5雪崩晶体管脉冲电路的仿真143
习题155
参考文献155
第5章井中雷达接收机原理与设计156
5.1接收机基本理论156
5.1.1雷达接收机简介156
5.1.2雷达接收机的作用156
5.1.3接收机的体系157
5.1.4雷达接收机的主要技术参数161
5.2井中雷达接收机系统166
5.2.1信号波形及其频谱166
5.2.2接收机的指标要求167
5.2.3井中雷达接收机系统设计168
5.2.4井中雷达接收机系统指标分配169
5.2.5单元电路设计169
5.2.6腔体设计178
习题179
参考文献179
第6章井中雷达数据采集181
6.1井中雷达数据采集概述181
6.2采样基本原理181
6.2.1采样过程181
6.2.2采样定理183
6.3井中雷达采样方式的选择184
6.3.1井中雷达辐射信号简析184
6.3.2实时采样185
6.3.3等效采样186
6.4数据采集板总体设计方案188
6.4.1数据采集板设计的基本原则188
6.4.2瞬态脉冲井中雷达数据采集系统总体设计框图188
6.4.3瞬态脉冲井中雷达采集系统FPGA逻辑方案设计190
6.5ADC191
6.5.1ADC的分类191
6.5.2ADC的主要性能指标191
6.5.3ADC的选型193
6.5.4ADC动态参数的测试方法194
6.6数据采集控制器FPGA196
6.6.1FPGA的选型198
6.6.2FPGA的开发199
6.7随机等效数据采集设计与实现201
6.7.1数据采集系统FPGA逻辑设计与实现201
6.7.2数据接收与缓存204
6.7.3时间间隔测量电路205
6.7.4预触发功能的设计与实现210
6.7.5回波信号触发电路的设计与实现212
6.8电源与监测电路的设计与实现214
6.8.1电源模块设计与实现214
6.8.2电源监测电路的设计与实现216
6.9数据传输217
6.9.1测井数据传输的发展历程217
6.9.2测井数据传输的常见介质218
6.9.3测井数据传输的电缆信道编码219
6.9.4基于OFDM技术的7芯铠装电缆数据传输221
习题225
参考文献226
第7章井中雷达信号处理228
7.1井中雷达信号处理概述228
7.2井中雷达数据格式228
7.3一般A扫描处理229
7.3.1直流偏移的去除230
7.3.2噪声抑制230
7.3.3时变增益231
7.3.4去除背景（属于杂波抑制）231
7.3.5滤波232
7.3.6小波优化或解卷积232
7.4实际测量数据的处理结果232
7.5经验模态分解在井中雷达的应用234
7.5.1EMD方法的基本原理235
7.5.2复信号分析理论236
7.5.3基于EMD的井中雷达数据处理实例237
7.5.4单道雷达信号的EMD分解238
7.5.5雷达剖面的EMD分解238
7.5.6模态重构后的“三瞬”剖面图240
7.6井中雷达二维图像重建242
7.6.1井中雷达二维图像重建概述242
7.6.2合成孔径成像处理算法242
7.6.3基于衍射和的SAR算法243
7.6.4基于基尔霍夫偏移的SAR算法243
7.6.5基于微波全息成像的SAR算法244
7.6.6基于Gazdag相移的SAR算法244
7.6.7基于Stolt偏移的SAR算法246
7.6.8成像仿真及实验数据处理248
习题253
参考文献253
第8章井中雷达的应用255
8.1深部金矿探测255
8.2冰川学研究257
8.3确定煤层采空区258
8.4水文地质特征260
8.5地下裂缝分布的探测262
8.6存储仓库选址应用265
参考文献265