【摘 要】
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我国北方的河流以及一些大型调水工程在冬季会发生封冻现象。要想防治河冰引发的灾害,就要深入冰层内部掌握冰生长各阶段的特性。探地雷达作为一种先进的无损勘探技术,已经成功运用到冰层探测中。但在河冰领域,其仍然存在图谱解译困难、测量过程受时间空间限制大等问题。基于此,本文基于时域有限差分法建立冰层模型,进行正演模拟,建立常见冰下结构体的图像特征库。基于无人机载雷达技术,对黄河什四份子弯道冰层进行了探测,提
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我国北方的河流以及一些大型调水工程在冬季会发生封冻现象。要想防治河冰引发的灾害,就要深入冰层内部掌握冰生长各阶段的特性。探地雷达作为一种先进的无损勘探技术,已经成功运用到冰层探测中。但在河冰领域,其仍然存在图谱解译困难、测量过程受时间空间限制大等问题。基于此,本文基于时域有限差分法建立冰层模型,进行正演模拟,建立常见冰下结构体的图像特征库。基于无人机载雷达技术,对黄河什四份子弯道冰层进行了探测,提取冰厚及雷达图谱,验证其冰厚测量精度,解译实测冰层雷达图谱。通过信号处理方法对雷达原始数据进行了更深层次的信号处理。主要研究成果如下:（1）冰层中异常体回波强烈,通常呈规则或不规则的双曲线特征。圆形异常体呈现规则的双曲线,矩形异常体呈现顶端较平的双曲线,层冰层气回波为多条顶端较平的双曲线上下无间隙排列,层冰层水回波表现为多层矩形含水带回波叠加,破碎带呈现多条双曲线无规则叠加形态,裂缝呈现与界面回波相切的双曲线。含水异常体处发生强反射,会呈现多条反射波。（2）不同形态的冰-水界面反射波形态不同。水平和斜界面回波为一条直线,上起伏界面回波为三条直线,下起伏界面回波呈两条水平线和中间下嵌的双曲线形态,波浪型、大锯齿及小锯齿型界面回波为双曲线交叉叠加成的不规则渔网状波形,波浪形界面回波能量强,大锯齿回波顶端出现绕射波,小锯齿回波能量弱,反向弯曲界面回波呈现两条位置不同的双曲线。（3）什四份子弯道冰厚分布不均匀。纵向冰厚沿程逐渐减小,2019年凹岸侧冰厚多在70-80cm,凸岸侧多在50-60cm,2020年凹岸侧冰厚多在60-75cm,凸岸侧冰厚多在50-60cm,清沟断面冰厚呈小-大-小趋势。机载雷达稳封期冰厚测量误差2019年多在5%以下,2020年多在10%以下。开河期冰厚多在13cm左右,凹岸侧平均冰厚14.29cm,凸岸侧平均冰厚11.39cm。（4）实测雷达图谱可参考正演模拟图像进行解译。弯道凹岸冰层下多含水带、裂缝、破碎带等异常结构,凸岸冰层较均匀,开河期冰层雷达图谱基本分平整冰层、复杂冰层、清沟及完全消融等四种,深层信号处理可呈现多角度的雷达图谱。（5）电磁波在冰层中传播速度会受到冰层介电特性、冰体结构及冰层界面平整度的影响。在黄河冰层中传播速度在15cm/ns-17cm/ns之间,黄河冰层介电常数多在3.2上下浮动。
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