该文从雷达波与地震波的异同为出发点，说明了雷达波借鉴地震波处理方法的可行性，根据雷达波传播的自身特点，指出了发展雷达波处理方法的必要性，介绍了雷达领域普遍使用的时域有限差分法，最后总结了雷达波处理的发展方向。
探地雷达做为近年来发展起来的一种地球物理勘探方法，由于它资料解释的精度高及无损性等优点受到了人们的广泛关注。目前已涉及到交通、考古、农田和水利等部门。地震勘探是应用地球物理学中的一个重要分支，是目前应用最广泛的地球物理勘探方法。由于雷达波与地震波在运动学上的相似性，在雷达波的处理方法中，经常借鉴地震波的反射资料处理方法。
1. 雷达波与地震波的异同
由于雷达波与地震波在运动学上的相似性[1]，使得许多用于地震数据处理的技术能够借鉴到雷达波的数据处理中，目前，在雷达波的处理中，很多都是来自成熟的反射地震波方法。但是由于探地雷达剖面与反射地震剖面的记录方式、观测系统以及地下界面的形态和波的传播特征等因素影响，使二者在许多方面存在较大差异，从而使得在借鉴反射地震方法的同时，还要考虑到雷达波自身的传播特性，即雷达波是一种高频电磁波，它的传播遵循麦克斯韦方程。只有当雷达资料满足地震反射资料处理中所固有的假定条件才可应用。这些假定是：波传播的运动学方面满足几何光学定律以及波的传播是线性的、非频散的。在雷达资料的获取中，GPR所采用的频率范围通常是105～109Hz，当介质导电率低时，雷达资料满足上述条件，因此，处理方法的引用有它的理论依据。
雷达波是电磁波，在以前的处理中，由于和地震波一样是反射波，所以经常近似的将波动方程简化为声波方程，因而在雷达波的处理体系中，经常借鉴地震波的处理方法。但是雷达波的频率很高[2][3]，位移电流不能忽略，此时电磁场的特性已不再是简单的扩散问题。当 时，符合电磁波自身传播特点的麦克斯韦方程可转化为纯波动方程，雷达波在介质中的衰减可以忽略，这时可以直接借鉴地震领域中成熟的处理方法。但当 较大时，即当地下目的体为良导体或接近于良导体，或浅层含水地层时， 不成立，此时雷达波的衰减不能忽略。在这种情况下，地震的相似性不再适用。如何根据雷达波的自身传播特点，尽快的建立一套完整的雷达波处理体系已势在必行。因此，在1999年[3]，底青云发表了考虑雷达波衰减进行正演模拟的文章。在2000年[2]，他又发表了含衰减项的有限元偏移的文章，但是只给出了理论模型的偏移结果，实测资料的偏移还有待于进一步研究。由于考虑了波的衰减而使理论模型的偏移结果更为精确，有效的验证了该方法的可行性。
正演和偏移一直是地震波和雷达波领域中的重点，可分为两类，一类是以波动方程为基础，另一类是以射线理论为基础。以波动方程为基础的处理方法主要有：有限差分法、有限元法、克希霍夫积分法等等。有限差分法的主要优点是计算速度快，占用内存小，但是容易发生频散现象；有限元的主要优点是适宜于模拟任意地质体形态，可以保证复杂地层的逼真性，缺点是运算量大；克希霍夫积分具有低通滤波特性，考虑了波的振幅随距离r衰减的影响和方向变化，从而使克希霍夫积分具有对高频成分的补偿作用和保振幅特性。射线法[4]的优点是计算量小，概念明确，运算方便，适应性强；缺点是精度不高，尤其对于复杂构造进行两点三维射线追踪比较麻烦。射线法考虑的是波传播的运动学特征，不包含波的动力学信息；波动方程包含了大量的波动信息，为研究波的传播机理和复杂地层的解释提供了更多的依据。
通过比较雷达波和声波所满足的微分方程，可以得出方程中起相应作用的变量及算子的同一性。雷达波和声波在介质中都以有限速度传播，而且能通过介质中的局部变化产生反射和绕射。但是二者的动力学特征不同（包括幅度衰减和扩散），但运动学特征相同（包括脉冲的传播时间等）。这是因为在GPR有效的频率值范围内，位移电流相对传导电流来说占主导地位。在这样的条件下，电磁脉冲的传播实际上没有扩散，而是由介质的介电特性控制速度。
2. 时域有限差分法
目前在雷达波的资料处理中经常用到的是时域有限差分法。时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain Method 简称FDTDMethod）是求解电磁问题的一种数值技术，它是在1966年Kane S.Yee发表的著名论文“Numerical Solution of Initial Boundary Value Problems Involving Maxwell’s Equation in Isotropic Media”中首次提出的。FDTD法直接将有限差分式代替麦克斯韦时域场旋度方程中的微分式，得到关于场分量的有限差分式，用具有相同电参量的空间网格去模拟被研究体，该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//总第565期2014年第33期-----转载须注名来源选取合适的场初始值和计算空间的边界条件，可以得到包括时间变量的麦克斯韦方程的四维数值解。90年代被地球物理学家引入到雷达波的正演模拟中，取得了很好的效果。在偏移处理中这一方法刚刚起步。目前在正演模拟中，又加入了很多条件来完善模拟结果。岳建华将超吸收边界条件应用到雷达剖面的正演中（1999），何兵寿在正演模拟中又引入了理想频散关系（2000），孙洪星研究了雷达波在有耗介质中传播时的衰减特性（1999），How-Wei Chen发表了探地雷达时域有限差分法正演模拟的文章（1998），Tsili Wang做了三维介质中的时域有限差分真有模拟研究（1994）。
在Kane S.Yee 1966年提出的时域有限差分法中，离散的差分网格称为Yee氏网格，Yee氏网格中各场量之间的关系有如下特点：电场和磁场各分量在空间的取值点被交叉的放置，使得在每个坐标平面上每个电场分量的四周由磁场分量环绕，同时每个磁场分量的四周由电场分量环绕。这样的电磁场空间配置符合电磁场的基本规律——Faraday电磁感应定律和Ampere环流定律，这也是Maxwell方程的基本要求，因而也符合电磁波在空间传播的规律。
在Yee氏网格中，每个坐标轴方向上场分量间相距半个网格空间步长，因而同一种场分量之间相隔正好为一个空间步长。为了保证计算的稳定性，时间离散的步长与空间离散的步长必须满足一定的关系，不能任意给定。时间步长可选为电磁波传播一个空间步长所需时间的一半。这样，在实际运用时域有限差分法时，网格的空间步长选定后，时间变量的离散规则也就完全确定了。
在了解了时域有限差分法和Yee氏网格的特性后，对进一步的研究探地雷达的特性奠定了基础。
3. 雷达波资料处理的发展方向
今后雷达波的处理将不再以声波方程为基础，而是以符合电磁波传播的麦克斯韦方程为出发点，逐步形成雷达波自己的一套处理体系。
今后的采集方式采用多种方式，打破以前的自激自收单一形式，这使得处理方法也将多样性。
今后的处理方法将向着高效率低成本的方向发展。
总之，探地雷达的应用会越来越广泛，处理方法也将日趋完善，总的发展趋势是，在吸收其他勘探地球物理领域中尤其是地震勘探中处理方法的同时，逐步研究和探索适合于探地雷达自身特点的处理理论和方法。随着进一步的研究，探地雷达资料处理和解释将向着定量化的方向发展。这还有待于从事探地雷达的工作者投入更多的精力。
（作者单位：江西省九江学院）