基于遗传算法的探地雷达层状介质参数反演算法

探地雷达因其无损性与高效性,逐渐成为道路检测、地下勘探等领域的有效探测手段,而探地雷达的传统厚度反演算法存在无法有效检测分层介质厚度、相对介电常数等参数的问题,具有较大的多层介质参数反演误差。因此,本文提出了一种基于遗传算法的层状介质参数反演算法。算法从时域角度出发,结合共中心点方法,设计了基于遗传算法的优化模型,反演地下层状介质结构的参数信息。通过实验仿真,本文所提方法可以应用于地下多层介质,较为准确的反演出层状介质参数信息。      

一种反演地下介质参数的新算法

在探地雷达实际工程应用中,介质参数(主要是介电常数)是使用者正确定位地下目标深度或介质层厚度所必需的数据。该文提出一种基于MUSIC谱估计的地下介质参数反演算法,该算法通过对LFMCW GPR回波信号的时延和幅度估计,计算出精确的介质参数并进一步得到正确的地下介质结构。仿真结果表明:该文提出的反演算法在反演精确度上远远优于传统的电磁反演算法。     

一种探地雷达目标参数估计方法的研究

在探地雷达应用中,确定地下目标的介质参数具有重要意义.为了对探地雷达地下目标参数进行估计,提出了将探地雷达偏移处理和时域目标参数反演结合起来的方法,该算法首先通过偏移处理,确定目标的位置和分布范围,然后采用FDTD和随机逼近优化法进行迭代运算估计目标参数.与传统基于频域的方法相比,该方法具有易于实现、处理速度快等优点.并且通过对模拟数据的处理,验证了该方法的可行性.     

基于非恒Q衰减模型探地雷达的回波仿真

电磁波在地下介质层中的传播特性及回波仿真技术对于反演地下介质层结构具有十分重要的意义。文中研究了探地雷达信号在有耗介质层中传播的回波仿真问题,基于Debye色散模型定义介质层电磁参数,讨论电磁波在地下介质层中的非恒Q衰减特性和模拟回波信号,得到了探地雷达脉冲在层状介质中传播的回波信号模型和反射回波曲线。仿真结果与当前通用的探地雷达数据仿真软件GprMax进行对比,证明了该方法的有效性。     

自适应稀疏分解的分层介质参数反演

为了提高地下多层介质参数反演结果的精度,结合时间延迟完备字典、稀疏自适应匹配追踪以及基于能量的层剥离技术提出了一种新的分层介质参数反演算法。该算法能够对探地雷达信号进行稀疏分解,估计信号的反射系数和时间延迟,进而实现分层介质的参数反演。为了进一步展现该算法的优势,在几组不同分层介质参数的条件下,将该算法的参数反演结果和传统反卷积算法及层剥离技术进行比较。比对结果表明,该算法克服了层剥离估计精度较低和反卷积算法执行时间长等缺点,具有可接受的执行时间和较高的估计精度。     

不同地下介质条件下探地雷达的探测深度问题分析

探地雷达技术巳成为近年来岩土工程领域探查地下目标体的重要手段，其应用的关键问题之一是如何准确计算不同介质条件下的探测深度，并确定探查对象是否在雷达探测系统的有效测距范围之内。根据探地雷达测距的基本公式，讨论了雷达测深的重要影响因素：反射目标体的反向散射增益及散射截面积。将地下岩土介质的反射体目标模型归结为三种典型类别：光滑、粗糙反射界面及点状目标体，同时给出了这三种反射体的简单数学模型，及计算分析。结合目前国内广泛使用的三种不同类型的探地雷达系统，计算得到了在不同地区或不同地下介质条件下的最大探测深度，为实际探测工程提供了较有价值的参考。     

基于Kirchhoff的MIMO探地雷达成像方法

随着对地下探测场景的不断扩大,传统探地雷达系统收发一体、逐点采集的数据获取方式已无法满足实时性需求.近年来,MIMO雷达实时性的优势不断凸显,因此研究基于MIMO的探地雷达数据处理和成像方法很有必要.本文在传统探地雷达偏移成像方法的基础上,针对MIMO探地雷达的空耦合成像问题,提出了一种基于Kirchhoff的MIMO...     

有问有答

问1:用什么仪器或设备能够将埋入地下1米到1.5米深处的金属物和非金属物探测出来?(福建肖月德等问)答:用探地雷达探测地表面以下的金属物或非金属物体的位置和深度是一种快速、有效而价廉的方法。探地雷达是利用电磁波逆散射原理设计制造的,它适用于市政建设、交通、农业、矿产、能源及考古等各部门以判明埋于地下的管道、电缆等金属物体以及尸体等非金属物体。探地雷达与普通雷达的区别是:1.普通雷达探测距离以千米计算,而探地雷达则以米计算,相差三个数量级。2.普通雷达信号在大气层空间传播时,其衰减主要取决于能量的扩散;而探地雷达的信号衰减则主要取决于传播介质的损耗。     

冲击脉冲雷达探雷

基于毫微秒电磁脉冲理论发展起来的探地雷达技术是一种浅层地下目标探测雷达。根据某型工程侦察车中配置的冲击脉冲探地雷达研制经验,对探地雷达探测地雷时所遇到的若干关键技术进行了研究,给出了工程设计方法。结合具体探测试验数据,对地雷目标识别问题进行了分析,对今后从事冲击脉冲雷达探雷研究工作具有一定参考价值。     

基于改进粒子群优化的探地雷达波形反演算法

探地雷达工作的最终目的是反演解释地下结构参数,由于大多数反演问题是非线性的,研究非线性的反演方法具有重要意义。该文提出基于改进粒子群优化方法的探地雷达反演问题,该算法以信号均方误差为目标函数,用时域有限差分方法作为正演工具。通过与基于遗传算法等反演方法的结果对比,说明了该算法兼顾了准确性和简便性;通过对模型复杂、参数多、信噪比差的仿真数据的反演结果,说明了该算法对多参数反演的有效性和良好的抗噪性;对实测数据的反演结果,进一步验证了该算法的可行性。     

场道钢筋加固区的探地雷达信息处理算法及系统研究

机场场道内钢筋的强反射回波会严重影响探地雷达的监测。本文提出了一种适用于机场场道钢筋加固区的探地雷达信息处理算法及流程并研制了探地雷达信息处理系统，实现了数据预处理、地下结构反演、目标检测与识别、脱空层厚度估计、目标成像、数据批处理及综合数据显示等模块。文中重点介绍了钢筋干扰下的灾害目标检测、识别与成像算法，利用Hyp-curvelet变换及WRELAX时延估计搜索局部峰值进行目标检测及钢筋抑制，结合Wigner时频分析及最小距离分类器进行目标识别，通过频域波数域的波场逆推进行目标成像，适用于钢筋加固区内道面下多层媒质的情况。仿真实例证明了本文方法及信息处理系统的有效性。      

一种用于准单站配置的步进频探地雷达建模方法

探地雷达是一种被广泛使用的无损检测技术。利用探地雷达对分层媒质进行全波反演时,构建精确的探地雷达正演模型具有十分重要的意义。该文提出一种可用于准单站配置的步进频探地雷达的建模方法。在该模型中,探地雷达系统及其与分层媒质间的相互作用被表示成线性方程,天线对雷达信号的影响被表示为只与频率有关的传输函数。为验证模型准确性,该文在实验室条件下搭建了准单站配置的步进频探地雷达系统,并对已知厚度的石膏板和木板的雷达测量信号进行全波反演。反演结果表明:石膏板和木板的厚度估计误差均不超过0.3 mm,验证了所提出的正演模型具有高准确度。利用石膏板和木板搭建分层模型,该文进一步比较了准单站配置和单站配置步进频探地雷达系统对介电常数差异较小的分层媒质的反演性能。实验结果表明:准单站配置探地雷达能获得更精确的反演参数。通过对分界面反射信号的信噪比估计可知,准单站配置比单站配置探地雷达系统能获得高出约10 dB的信噪比,因此具有更好的反演性能。      

基于SA算法反演层状介质介电常数的算法

为解决现有方法在反演层状介质介电常数时耗时长、效率低和对薄层介质不敏感的问题,提出了一种基于改进的模拟退火算法反演层状介质介电常数信息的新方法。该方法利用电磁波在各介质层中的双程时延的先验信息来减少反演参数的个数,降低算法复杂度,提高反演效率;利用非均匀变异思想改进传统模拟退火算法的扰动模型来加快收敛速度。同时,通过模拟回波与实际回波的差值来提取被强回波覆盖的时延信息,增强算法对薄层介质的识别能力,提高算法的实用性。实验结果证明了该方法对层状介质介电常数的反演具有很高的准确性和稳定性。     

基于探地雷达频谱反演法的薄层识别技术研究

衡量探地雷达对薄层的识别能力通常有两个指标:最小可识别层厚和反射系数的识别精度。该文提出的频谱反演法,通过对电磁波在多层介质中频谱传输函数的推导,得出回波频谱的正演计算模型,然后采用阻尼最小二乘法进行二参数反演。通过实验,证实了这种方法能够对层厚小于八分之一波长的薄层进行层厚和反射系数的有效识别。     

探地雷达频率波数域速度估计和成像方法的实验研究

探地雷达的分辨率和地下电磁波的速度估计是探地雷达应用中两个重要研究课题,类似地震信号处理中的频率波数域偏移处理,本文提出将频率波数域偏移方法应用到探地雷达的成像和速度估计中来,并用实验数据验证了该方法的可行性和有效性.     

基于探地雷达的地下管线埋深估计方法

探地雷达已经成为城市地下管线,尤其是非金属管线探测的重要手段之一,但由于地下介质复杂,利用探地雷达估计地下管线埋深时仍存在精度不足和抗干扰能力弱等问题。本文提出使用三维速度谱方法来估计雷达剖面中的地下管线埋藏深度,通过自动扫描双曲线反射信号来计算出电磁波在地下介质中的传播速度。仿真数据和实际数据表明,三维速度谱方法估算的速度值与真实值之间的误差小于3.8%。最后,使用估算的速度值对探地雷达剖面进行背向传播偏移处理,获取准确的地下管线埋深。     

基于深度学习的GPR时频域联合电磁反演方法

对探地雷达(ground penetrating radar, GPR)数据进行电磁反演可以获得探测区域中目标的几何参数和电磁参数. 本文针对GPR时域数据与频域数据在图像域的特征差异,首先设计了基于深度学习的GPR维度变换自编码器提取GPR回波数据的时域特征,并对GPR时频域特征进行一致化处理;然后设计了基于时频融合数据的电磁反演处理框架GPR-EInet,并分别使用2000和200个GPR B-Scan数据对GPR-EInet进行训练和测试. 仿真实验结果表明,GPR-EInet可以在SNR=?10 dB、目标介电常数与背景介电常数的相对偏差为50%的情况下实现单/双目标的电磁反演,介电常数反演结果与真实值的结构相似性指数（structure similarity index measure, SSIM）达到了0.995 64. 分别运用GPR-EInet、ünet与PINet对仿真数据进行电磁反演,结果表明: GPR-EInet的抗噪性能要优于PINet与ünet. 对实测的GPR数据也开展了电磁反演实验,获得了探测区域的目标参数信息. 与单独的时域或频域数据反演相比,时频融合数据提升了GPR-EInet的电磁反演精度与噪声抑制能力.