CN103852695A - 基于高频脉冲逆散射成像的接地网状态检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于高频脉冲逆散射成像的接地网状态检测方法。该方法采用高频窄脉冲发射，通过发射天线将高频窄脉冲信号定向发送到地下接地网，信号经地下介质及接地网传播，在不同介质表面产生散射现象，由多个接收天线接收散射信号，采用多次覆盖的观测方法以提高分辨率，同时进行全波形采样，最终采用电磁逆散射成像方法，实现地下超浅层接地网及周围介质结构、电阻率和介电常数的图像重建。应用本发明所述方法的高频脉冲逆散射成像方法，可实现超浅层高分辨率的成像，并同时获得结构、电阻率和介电常数信息。

Description

基于高频脉冲逆散射成像的接地网状态检测方法

技术领域

本发明涉及一种接地网状态检测方法。

背景技术

接地网在电力系统安全可靠运行方面起着重要的作用，对保护站内工作人员的人身安全和各种电气设备的正常运行至关重要，其接地性能一直受到生产运行部门的重视。目前，镀锌钢是国内变电站地网较为常用的接地导体材料，经过长时间的运行，在多雨和沿海地区，随着使用年限的增加，易发生腐蚀，按照土壤腐蚀性的强弱不同，接地导体在土壤中的年腐蚀率在2.0mm-8.0mm间不等，除此之外，在施工过程当中地网的不良焊接、虚焊、漏焊以及来自土壤的腐蚀、接地短路电流的电动力作用等，可引起地网各均压带之间或接地引下线与均压带之间存在电气连接不良的故障点，不可避免的导致地网的安全性能遭到严重破坏，原来经过精心设计的接地网由于结构被改变，不能为故障电流和雷电流提供有效的泄流通道，人身安全和设备安全受到严重威胁。

一旦发生由于接地网故障导致电力系统事故，后果是较为严重的。短路电流通过接地引下线流入地网，地网故障而不能快速泄流就会导致电力系统中性点发生偏移电位升高，同时地面电位升高，给变电运行人员的人身安全带来严重威胁。而反击过电压和电缆皮环流造成二次设备的绝缘能力遭到破坏，同时高压窜入控制室，因其监测和控制设备误动作或拒动从而扩大事故范围，造成巨大的经济损失和社会影响。在我国，因接地网腐蚀、发生断裂等缺陷引起的电力系统的事故时有发生，每次事故都会造成巨大的经济损失，每次造成的直接经济损失都在几百万元至几千万元。

对接地网进行缺陷诊断，既具有宏观性，即要整体评估接地网的状态，又具有微观性，即准确定位缺陷所在位置，需要通过宏观测量接地网的状态量对接地网微观下的局部腐蚀情况或断点位置进行诊断。而接地网一般面积很大，被深埋在土壤中，直接检测难度大、工作量大，局部的缺陷对于接地网整体特征参量的影响不大，即整体测量接地网的参数难以反映局部特征，目前对于接地网缺陷的各种诊断方法准确性不高，灵敏度较低。

目前对于接地网的检测，只能通过测量接地网电气参数间接判断接地网接地性能，测量大致的故障点，而不能具体得出腐蚀程度等，通过大面积开挖查找接地网导体断点和腐蚀段，目前电网故障诊断方法主要有电网络方法、电磁场方法以及电化学方法等。电网络方法在强屏蔽或者散流作用下，同时由于接地网间互电阻作用，接地网网格导体两个可触及节点间的电阻值往往没有明显的变化，接地网导体局部出现断口时地表电位差变化很小，故接地网局部发生腐蚀断裂时很难仅仅通过外部接地电阻、跨步电势、电位分布、接触电势等参数进行准确判断。现有电磁场方法直接应用接地网腐蚀前网络拓扑和各边界条件引入麦克斯韦方程，得到接地网的地表电位分布或磁场分布，然后通过测量与计算结果的比较，进行腐蚀程度的判断。在获得各点电位分布的同时，能够很好地了解电网的运行状况。但是电磁场具有矢量特性，很容易受到外界干扰，影响测量的准确性进而影响腐蚀程度的判断。而传统的电化学测量系统也难以准确的测量地网金属的腐蚀状态。

科学合理地测试接地网的特性参量、准确评估接地网的状态是确保电力系统安全稳定运行的关键。由于接地网埋设在地下，很难判断运行中接地网的确切状态。对于接地网，一般以安全行为出发点，测量变电站接地网的接地阻抗、导通电阻、跨步电位差和接触电位差等特征参量，将单项的测量结果同规定阈值进行逐一比较，判断接地网是否安全。但对于接地网的局部或整体状态的研究很少。

因此，在变电站接地系统建成后以及运行期间，需要通过现场试验、计算分析等手段对接地网的运行状态进行检测，并对接地网可能出现的故障及时做出诊断。为此，在避免开挖接地网且检测过程中不影响电力系统正常安全运行的情况下，能快速准确的测试与接地网相关的电气参数，得到接地网范围地下介质结构分布情况，并进行高分辨率成像，可准确得到接地网状态分布情况十分必要。

目前关于接地网成像方法，重庆大学进行了接地网电阻抗成像方法的研究，将电阻抗成像测量原理中的电流注入方式、循环测量方式用于接地网腐蚀诊断。该方法为接地网的故障诊断提供了一个全新的思路，即通过直接成像直观的进行判断。但在其相关文献中提到该方法目前能判断出接地网导体腐蚀的大概区域，还不能准确确定腐蚀的具体位置，也不能确定支路的腐蚀程度，还需进一步改进。

发明内容

本发明的目的克服原有电法诊断方法的不足，根据接地网所处电磁环境复杂，且属于超浅层探测，接地网结构要求成像具有较高的分辨率等特点，提出一种高频脉冲逆散射的接地网状态监测及故障诊断方法。本发明不但可以在超浅层获得介电常数信息，还可以获得电阻率信息。不但可以确定接地网的构造信息，还可以同时获得电磁属性信息，且可达到更高的分辨率。

本发明采用高频窄脉冲发射，通过发射天线将高频窄脉冲信号定向发送到地下接地网，信号经地下介质传播后，由多个接收天线接收散射信号。采用多次覆盖的观测方法，同时进行全波形采样，最终采用基于散射原理的逆散射成像技术，实现地下超浅层接地网及周围介质结构、电阻率和介电常数的图像重建。

本发明方法的步骤如下：

（1）首先建立位移电流和传导电流同时起作用的电磁场数学物理模型；

（2）进行接地网条件下基于散射原理的电磁场传播特性分析；

（3）在接地网观测子区域布置接收天线阵列和发射天线，采用高频脉冲发射，将高频窄脉冲信号通过发射天线定向发送到地下，接收天线阵列接收电磁场信息；

（4）在子区域内完成单次观测后，固定接收天线，在观测子区域内进行发射天线变角度、变位置的观测，实现子区域内的多次覆盖观测。完成一个子区域内的观测同时移动发射天线和接收天线阵列继续进行下一区域的观测；或者同时拖动发射天线和接收天线阵列，在大面积接地网区域进行扫描式观测；

（5）对接收到的包含不同介质信息的数据采用逆散射成像方法实现图像重建。

所述本发明方法步骤（1）建立位移电流和传导电流同时起作用的电磁场数学物理模型，依据麦克斯韦方程组，由空间中各点的电场满足方程得到接地网电磁场数学物理模型所满足的方程为：

$\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)+\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}{\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]E\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)---\left(1\right)$

其中，

为位置

函数，k_b为背景的波数，k_b可以是非均匀介质的波数，也可以是均匀背景的常数波数，

为实际的介电常数分布，

为实际的电导率分布，

是入射场，也就是不存在散射体时的场，

是存在散射体时的总场。

为并矢格林函数，它是方程 $\▿\×\▿\×\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′}{,k}_b)-{k_b}^2\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)=\stackrel{\‾}{I}\mathrm{\δ}(\stackrel{\→}{r}-{\stackrel{\→}{r}}^{\′})$ 的解，其中

为单位算子。

所述本发明方法步骤（2）的实现方法如下所述：

对于接地网条件下基于散射原理的电磁场传播特性，依据已经建立的电磁场数学物理模型积分方程进行分析。发射源电流J_S已知，

已知，实际介电常数

和电导率分布

已知，即

已知，背景波数k_b ²已知，已知，

已知，来求解散射场

所述本发明方法步骤（3）中，所述的发射天线布置在接地网上方地面，在发射天线周围布置多个接收天线，多个接收天线形成接收阵列，高频脉冲发射的输出连接发射天线，高频脉冲逆散射电磁接收的输入连接接收天线。高频脉冲发射输出信号输出给发射天线，向地下接地网进行定向发射，高频脉冲电磁发射信号在地下接地网及周围介质中传播。接收天线接收信息，将信息传送至高频脉冲逆散射电磁接收系统，进行信号处理，采用多次覆盖的观测模式，提取包含地下介质信息的散射信号，采用逆散射图像重建方法实现接地网电导率及介电常数分布。

所述的高频脉冲信号经发射天线形成电磁波场在地下介质及接地网传播，同时利用位移电流和传导电流进行电磁波传播特性的分析。

发射天线发射的电磁信号在地下介质及接地网传播过程中，在不同介质表面产生散射，利用电磁波在不同介质表面的散射现象，由接收天线阵列接收包含不同介质信息的回波数据。

所述的发射天线定向向地下接地网发射电磁信号，发射天线的信号由高频脉冲发射系统提供，发射天线频率范围为100MHz～4GHz。

接收阵列接收到的包含不同介质信息的数据经逆散射成像实现图像重建，图像重建包括地下介质和接地网结构、电阻率和介电常数的同时成像。

所述的本发明方法步骤（4）的观测方法可依照多次覆盖式观测或扫描式观测，具体分别为：

方法一：多次覆盖式观测

将大面积接地网进行分区，分为多个子区域。在一个观测子区域内布置发射天线定向向地面下发射高频脉冲信号，在发射天线覆盖范围内布置由多个接收天线组成的接收阵列进行接收。

在子区域内完成单次观测后，固定接收天线，在观测子区域内进行发射天线变角度、变位置的观测，实现子区域内的多次覆盖观测。

在完成一个子区域内的观测后，发射天线和由接收天线组成的接收阵列移动到下一个子区域，以上一子区域内的观测方式在新的子区域内观测，新的子区域与观测完成的子区域具有部分重叠区，实现不同子区域交界处的重复覆盖观测。

方法二：扫描式观测

在大面积接地网区域进行扫描式观测，扫描天线阵列由一个发射天线和多个接收天线组成的接收阵列组成，多个接收天线并列排布，接收天线所覆盖的宽度即为扫描宽度，发射天线和接收天线阵列同时被向前拖动，完成接地网一个方向扫描后，在邻近的下一个宽度上进行往复的扫描，重复往复运动，最终实现整个接地网区域的扫描。

所述本发明方法步骤（5）的实现方法如下所述：

散射场

可表达为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)-{\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left(\stackrel{\→}{r}\right),r\∈S$

其中S是处于散射体外面的某个表面。散射场

包含散射体的信息，散射场表达为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]E\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)---\left(2\right)$

采用Born近似，令

是由发射源产生的，当发射源结构和激励电流J_S为已知的情况下，

和

可求，公式（2）变形为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]{\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)---\left(3\right)$

将用表示，则，公式变形为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·{O\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)---\left(4\right)$

对于公式（4）的求解，设定目标函数

其中

为实际测量到的散射场，为利用公式（4）计算的散射场。

首先给定

一个初始估计值，即给定初始值

代入公式（4），求得

进而可以求得

令 $O^{\left(1\right)}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)=O^{\left(0\right)}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)+\mathrm{\ΔO}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right),$ 代入公式（4），求得

上述迭代过程一直重复，直到

均为极小值，及在误差范围内为止。最终求得

即得到实际的电导率和介电常数分布。

对于逆散射图像重建问题，散射体外部的散射场分布能够由步骤（3）、（4）测得，即散射场

已知，

已知，背景值k_b ²已知，

可求，

为接地网电参数，散射体内部

不可测，故通过Born近似来进行处理，即上述公式（2）到（3）的过程，最终求解

通过高频脉冲逆散射成像方法，可以反演出接地网的介电常数和电导率分布，进而得到接地网的结构分布，实现地下超浅层接地网及周围介质结构、电阻率和介电常数的图像重建。从重建的电导率、介电常数图像中可以诊断接地网状态，从图像中可得到接地网的腐蚀程度及断点等信息，从而对接地网状态进行评估。

附图说明

图1本发明基于高频脉冲逆散射的接地网状态检测方法示意图；

图2逆散射成像方法模型示意图；

图3多次覆盖式观测方法示意图；

图4扫描式观测方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明采用高频窄脉冲发射，将高频窄脉冲通过发射天线将信号定向发送到地下接地网，信号经地下介质传播后，由多个接收天线接收散射信号，采用多次覆盖的观测方法，同时进行全波形采样，最终采用基于散射原理的逆散射成像技术，实现地下超浅层接地网及周围介质结构、电阻率和介电常数的图像重建。

本发明方法的步骤如下：

（1）首先建立位移电流和传导电流同时起作用的电磁场数学物理模型；

（2）进行接地网条件下基于散射原理的电磁场传播特性分析；

（3）在接地网观测子区域布置接收天线阵列和发射天线，采用高频脉冲发射，将高频窄脉冲信号通过发射天线定向发送到地下，接收天线阵列接收电磁场信息；

（4）在子区域内完成单次观测后，固定接收天线，在观测子区域内进行发射天线变角度、变位置的观测，实现子区域内的多次覆盖观测。完成一个子区域内的观测同时移动发射天线和接收天线阵列继续进行下一区域的观测；或者同时拖动发射天线和接收天线阵列，在大面积接地网区域进行扫描式观测；

（5）对接收到的信息进行处理，包含不同介质信息的数据经逆散射成像实现图像重建。

如图1所示。在接地网上方地面布置发射天线，同时在发射天线周围布置多个接收天线，多个接收天线形成接收阵列，高频脉冲发射的输出连接发射天线，高频脉冲逆散射电磁接收的输入连接接收天线。高频脉冲发射输出信号输出给发射天线，向地下接地网进行定向发射，高频脉冲电磁发射信号在接地网及周围介质中传播。接收天线接收信息将信号传送至高频脉冲逆散射电磁接收进行信号的处理，观测方法为多次覆盖的观测模式，提取包含地下介质信息的散射信号，采用逆散射图像重建方法实现接地网电导率及介电常数分布。

所述的发射天线定向向地下发射电磁信号，发射天线的信号由高频脉冲发射系统提供，发射天线频率范围为100MHz～4GHz。

高频脉冲信号经发射天线形成电磁波场在地下介质及接地网传播，同时利用位移电流和传导电流进行电磁波传播特性的分析。

本发明发射天线发射的电磁信号通过在地下介质及接地网传播过程中，在不同介质表面产生散射，利用电磁波在不同介质表面的散射现象，通过接收天线阵列接收包含不同介质信息的回波数据。对于接收天线所接收到的数据信息，采用基于散射原理的逆散射成像方法。接收阵列接收到的包含不同介质信息的数据经逆散射成像实现图像重建，图像重建包括地下介质和接地网结构、电阻率和介电常数的同时成像。

图2所示为逆散射成像方法模型示意图，其中Ω'为地下接地网区域，S为观测面。

首先建立位移电流和传导电流同时起作用的电磁场数学物理模型，该模型满足积分方程：

$\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)+\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}{\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]E\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)$

其中，

为位置

函数，k_b为背景的波数，它可以是非均匀介质的波数，也可以是均匀背景的常数波数，

为实际的介电常数分布，

为实际的电导率分布，

是入射场，也就是不存在散射体时的场，

是存在散射体时的总场。

为并矢格林函数，它是方程 $\▿\×\▿\×\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′}{,k}_b)-{k_b}^2\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)=\stackrel{\‾}{I}\mathrm{\δ}(\stackrel{\→}{r}-{\stackrel{\→}{r}}^{\′})$ 的解，其中

为单位算子。

所述接地网条件下基于散射原理的电磁场传播特性，依据已经建立的电磁场数学物理模型方程进行分析。发射源电流J_S已知，

已知，实际介电常数和电导率分布已知，即

已知，背景波数k_b ²已知，

已知，

已知，来求解散射场

散射场

可表达为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)-{\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left(\stackrel{\→}{r}\right),r\∈S$

其中S是处于散射体外面的某个表面。散射场

包含散射体的信息，散射场表达为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]E\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)$

采用Born近似，令

是由发射源产生的，当发射源结构和激励电流J_S为已知的情况下，

和

可求，散射场变形为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]{\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)$

将

用

表示，则，公式变形为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·{O\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)$

设定目标函数

其中为实际测量到的散射场，

为计算的散射场。

首先给定

一个初始估计值，即给定初始值代入散射场公式，求得

进而可以求得

令 $O^{\left(1\right)}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)=O^{\left(0\right)}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)+\mathrm{\ΔO}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right),$ 求得

上述迭代过程一直重复，直到

均为极小值，及在误差范围内为止。最终求得

即得到实际的电导率和介电常数分布。

对于逆散射图像重建问题，散射体外部的散射场分布能够由步骤（3）、（4）测得，即散射场

已知，

已知，背景值k_b ²已知，

可求，

为接地网电参数，散射体内部

不可测，故通过上述Born近似来进行处理，最终求解

所述的接地网多次覆盖式观测方法如图3所示。将大面积接地网进行分区，分为多个子区域。在一个观测子区域内布置发射天线定向向地面下发射高频脉冲信号，在发射天线覆盖范围内布置由多个接收天线组成的接收阵列进行接收。在子区域内完成单次观测后，固定接收天线，在观测子区域内进行发射天线变角度、变位置的观测，实现子区域内的多次覆盖观测。在完成一个子区域内的观测后，发射天线和由接收天线组成的接收阵列移动到下一个子区域，以上一子区域内的观测方式在新的子区域内观测，新的子区域与观测完成的子区域具有部分重叠区，实现不同子区域交界处的重复覆盖观测。

所述的接地网扫描式观测方法示意图如图4所示。在大面积接地网区域进行扫描式观测，扫描天线阵列由一个发射天线和多个接收天线组成的接收阵列组成，多个接收天线并列排布，接收天线所覆盖的宽度即为扫描宽度，发射天线和接收天线阵列同时被向前拖动，完成接地网一个方向扫描后，在邻近的下一个宽度上进行往复的扫描，重复往复运动，最终实现整个接地网区域的扫描。

通过高频脉冲逆散射成像方法，可以反演出接地网的介电常数和电导率分布，进而得到接地网的结构分布，从重建的电导率、介电常数图像中可以诊断接地网状态，从图像中可得到接地网的腐蚀程度及断点等信息，从而对接地网状态进行评估。

Claims (6)

1.一种基于高频脉冲逆散射成像的接地网状态检测方法，其特征在于，所述的方法采用高频窄脉冲发射，将高频脉冲信号通过发射天线定向发送至地下接地网，信号经地下介质传播，由多个接收天线接收散射信号，采用多次覆盖的观测方法以提高分辨率，同时进行全波形采样，最终采用电磁逆散射成像方法，实现地下超浅层接地网及周围介质结构、电阻率和介电常数的图像重建。

2.根据权利要求1所述的接地网状态检测方法，其特征在于，所述的方法步骤如下：

（1）首先建立位移电流和传导电流同时起作用的电磁场数学物理模型；

（2）进行接地网条件下基于散射原理的电磁场传播特性分析；

（3）在接地网观测子区域布置接收天线阵列和发射天线，采用高频脉冲发射，将高频窄脉冲信号通过发射天线定向发送到地下，接收天线阵列接收电磁场信息；

（4）在子区域内完成单次观测后，固定接收天线，在观测子区域内进行发射天线变角度、变位置的观测，实现子区域内的多次覆盖观测；完成一个子区域内的观测同时移动发射天线和接收天线阵列继续进行下一区域的观测；或者同时拖动发射天线和接收天线阵列，在大面积接地网区域进行扫描式观测；

（5）对接收到包含不同介质信息的数据采用逆散射成像方法实现图像重建。

3.按照权利要求2所述的接地网状态检测方法，其特征在于，所述的步骤（1）建立的位移电流和传导电流同时起作用的电磁场数学物理模型满足方程：

$\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)+\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}{\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]E\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)$

其中，

为位置

函数，k_b为背景的波数，k_b是非均匀介质的波数或均匀背景的常数波数，

为实际的介电常数分布，

为实际的电导率分布，

是入射场，也即不存在散射体时的场，

是存在散射体时的总场；

为并矢格林函数，它是方程 $\▿\×\▿\×\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′}{,k}_b)-{k_b}^2\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)=\stackrel{\‾}{I}\mathrm{\δ}(\stackrel{\→}{r}-{\stackrel{\→}{r}}^{\′})$ 的解，其中

为单位算子。

4.按照权利要求2所述的接地网状态检测方法，其特征在于，所述的步骤（2）依据步骤（1）建立的电磁场数学物理模型积分方程进行接地网条件下基于散射原理的电磁场传播特性分析，求解散射场

5.按照权利要求2所述的接地网状态检测方法，其特征在于，所述的步骤（4）的观测方法为多次覆盖式观测和扫描式观测；

所述的多次覆盖的观测方法为：将大面积接地网进行分区，分为多个子区域。在一个观测子区域内布置发射天线定向向地面下发射高频脉冲信号，在发射天线覆盖范围内布置由多个接收天线组成的接收阵列进行接收；在子区域内完成单次观测后，固定接收天线，在观测子区域内进行发射天线变角度、变位置的观测，实现子区域内的多次覆盖观测；完成一个子区域内的观测后，发射天线和由接收天线组成的接收阵列移动到下一个子区域，以上一子区域内的观测方式在新的子区域内观测，新的子区域与观测完成的子区域具有部分重叠区，实现不同子区域交界处的重复覆盖观测；

所述的扫描式观测方法为：在大面积接地网区域进行扫描式观测，扫描天线阵列由一个发射天线和多个接收天线组成的接收阵列组成，多个接收天线并列排布，接收天线所覆盖的宽度即为扫描宽度，同时向前拖动发射天线和接收天线阵列，完成接地网一个方向扫描后，在邻近的下一个宽度上进行往复的扫描，重复往复运动，最终实现整个接地网区域的扫描。

6.按照权利要求2所述的接地网状态检测方法，其特征在于，所述的步骤（5）采用电磁逆散射成像的方法为：

散射场

可表达为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)-{\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left(\stackrel{\→}{r}\right),r\∈S$

其中S是处于散射体外面的某个表面；散射场

包含散射体的信息，散射场

表达为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]E\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)$

采用Born近似，令 是由发射源产生的，当发射源结构和激励电流J_S为已知的情况下，

和

可求，则散射场表达式为：

${\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{sca}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\underset{{\mathrm{\Ω}}^{\′}}{\∫}\mathrm{dr}}^{\′}\stackrel{\‾}{G}(\stackrel{\→}{r},{\stackrel{\→}{r}}^{\′},k_b)\·[k^2\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)-{k_b}^2]{\stackrel{\→}{E}}_{\mathrm{inc}}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\′}\right)$

由于散射体外部的散射场分布能够由步骤（3）、（4）测得，即散射场

已知，

已知，背景值k_b ²已知，

可求，

为接地网电参数，散射体内部

不可测，故通过Born近似来进行处理，最终求解

即可求解接地网的电导率和介电常数分布，实现地下超浅层接地网及周围介质结构、电阻率和介电常数的图像重建。

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