1.3.1 TDR技术研究现状
TDR技术早期主要作为有线电缆故障检测的工具，它通过将发射阶跃波形与反射回波波形同时显示，判断线路故障的性质及故障点的位置。在实际应用中发现，电磁波沿电缆的传播速度受电缆周围介质的介电特性影响。1969年Fellner-Feldegg首次将TDR技术用于测定介质的介电特性，1975年Davis和Chudobiak将TDR技术应用于土壤介电常数的测定。
TDR技术是通过测定电磁波沿插入土壤的探针传播时间来确定土壤介电常数ε，进而根据土壤含水量θ与土壤介电常数的标定公式计算出土壤含水量。因为水的介电常数在土壤介质中处于主导地位（水的介电常数约为78，空气的介电常数为1，土壤颗粒的介电常数一般为3～5），所以土壤介电常数的大小主要取决于土壤含水量的高低。
1984年Dalton等人进一步证明了TDR技术可以同时测定土壤的体积含水量和电导率，这种技术测定电导率的原理是基于介电常数、发射的阶跃电压幅度和反射的电压幅度。1988年Topp等人考虑了电磁波信号在土壤中的多次反射，发展了Dalton等人的方法。1988年Yanuka等人和Zegelin等人针对多次反射的问题改进了计算电导率的方法。1991年Nadler等人提出了一个更简单的计算土壤电导率的新方法，该方法基于TDR技术对传输线负载的直接测定。
虽然Topp公式已被证明可广泛适用于各种矿物质土壤，但研究表明对某些特别的土壤进行测量时仍需要单独标定。对于有很大表面积的介质，由于吸附了较多的束缚水，会严重影响TDR方法的测量结果，尤其是粘粒含量超过40%的土壤、膨胀性土壤、有机质含量超过10%的有机土壤等。另外，TDR方法的测量结果还在某种程度上取决于土壤的容重，（ρb）容重不同会引起土壤介电常数的显著变化。容重很大时（ρb＞1.7g/cm3）TDR方法的测量结果偏高而容重很小时（ρb＜1.0g/cm3）TDR方法测量结果偏低。这是因为容重较大时，土壤中的固相颗粒含量较多而空气含量较少，由于土壤颗粒介电常数比空气介电常数大，所以土壤的表观介电常数相对变大。Baker和Lascano的研究表明由于电磁波的影响区域主要集中在探针周围，因此如果探针插入时使得探针与土壤之间产生空隙，这些空隙中充满空气则会使得TDR方法测量结果偏低；反之如果这些空隙中充满水则使得测量结果偏高。
TDR技术测定土壤含水量的精确性依赖于主机对时间的识别精度、探针的质量和类型、所用同轴电缆的长度以及所测定土壤的各种性质的影响，可归结于两个关键因素：土壤介电常数的测定准确度以及
标定公式。在实际应用中，对不同的土壤，如何选择适宜的
标定公式，是提高TDR技术测定精度的一个重要环节，因为土壤容重、有机质含量、电导率以及质地等因素都会影响TDR技术测定含水量的精度。(https://www.daowen.com)
从20世纪80年代初开始，各国科学家投入了大量精力，研究土壤含水量与土壤介电常数的标定公式。其中最具代表性的主要有以下几类模型：
（1）完全经验型的Topp公式，该公式可应用于较大范围的土壤，最适合一般轻质砂土和壤土；
（2）半理论、半经验的
型关系式，该类公式形式简单，需要的参数少，得到了较广泛的应用；
（3）理论性强的三相介电混合模型，该公式考虑了土壤孔隙度的影响，扩大了应用范围，但对质地较细的土壤，精度仍较差。
另外，对适合一些特殊的土壤如有机质含量高的土壤和红壤特性，也建立了相应的标定公式或改进。
国内的有关研究工作主要集中在应用TDR技术测量土壤水分的方法研究。例如TDR探针两种埋设方式下土壤水分的测定及其比较，土壤容重、温度和电导率对TDR技术测量土壤水分精度的影响，以及对某些特殊类型土壤的标定研究。我国地域辽阔，土壤类型多样，土壤特性差异大，针对不同地区土壤建立
标定公式可为进一步提高估算含水量的精度提供方法和手段。
