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。     

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。     

基于曲线拟合的探地雷达层状介质参数反演算法

探地雷达具有探测速度快、穿透能力强、分辨率高的特点,是一种有效的无损探测技术,在市政建设、交通、安防等领域有着广泛的应用需求.在探地雷达中分层介质参数反演是地下目标成像与检测识别的必要步骤.本文提出了一种基于曲线拟合的层状介质参数反演算法.首先基于B-scan数据中的反射波曲线拟合,结合电磁波垂直入射模型,获取地下介质...     

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。     

基于反射信号时域重构的探地雷达超薄层状介质参数反演方法

探地雷达实际应用场景中介质表面往往存在着其他覆盖物,将会严重影响实际探测效果,如冬季路面表面的冰层、沥青铺路时防止沥青混合物粘在滚筒表面而喷出的水汽层等,且这些覆盖层的厚度较薄,通常小于探地雷达可分辨的最小厚度。因此,本文提出了一种基于反射信号时域重构的层状介质参数反演方法,利用广义反射系数建立雷达发射回波的时域模型,再通过遗传算法对模型的代价函数进行优化进而反演出覆盖物薄层的参数。最后,通过时域差分工具gprMax仿真软件模拟沥青混凝土实施铺路场景,对所提算法的有效性和准确性进行验证分析。      

基于整体编码遗传算法的探地雷达全波形反演

探地雷达(GPR)的全波形反演(FWI)能精确刻画出地下介电常数模型,得到了广泛研究。但全波形 反演受初始模型、反演算法的影响,容易使结果陷入局部最优解,难以准确地反演出地下真实情况。为反演隧道衬 砌空洞的病害情况,文中提出了一种基于整体编码遗传算法(OCGA)的全波形反演方法。该方法在遗传算法的基础 上改进了编码策略,对个体的整体特征进行编码。实验表明,对于预设的圆形空洞(或钢筋)物理模型,整体编码策 略能使结果更接近真实解。该算法能在不依赖初始模型的前提下大大改善结果收敛于局部最优解的问题,并进一 步量化反演结果空洞的位置与大小。     

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。     

基于返回散射和斜测电离图联合反演电离层参数

提出了一种基于HF返回散射和斜向探测联合探测电离层,融合两种探测结果联合反演电离层参数的新方法.反演方法基于特定的电离层QP模型和均方误差最小准则,采用全局搜索的方法确定QP模型参数和梯度参数.仿真结果显示,在引入随机误差的情况下,联合反演相比单一手段的反演算法具有更好的反演的效果,能够有效改善反演算法的稳定性.     

钢筋加固区介质层电磁特性反演的系统辨识算法北大核心CSCD

本文研究了机场道面钢筋加固区介质层电磁特性的反演问题。机场道面下钢筋的强反射回波严重影响道面介质层电磁特性的反演,为此本文将基于曲波变换的钢筋回波抑制技术引入到道面介质层电磁特性的反演算法中,即首先基于曲波变换进行钢筋回波抑制,而后基于改进的系统辨识算法实现钢筋加固区介质层电磁特性的反演。改进的系统辨识算法是在传统算法中的基础上,考虑了雷达发射信号带宽内的频率对道面介质层介电常数虚部的影响,从而进一步实现了介质层介电常数与电导率的同时反演。仿真结果证明了本文算法的有效性。     

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。     

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。      

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。      

基于加权组合核RX算法异物检测及其参量选择

为了融合光谱形状差异信息和多项式核函数全局信息,充分挖掘地物特征,提高异常检测正确率,提出了一种加权组合核RX算法.该算法在高斯核函数的基础上,增加一个光谱角核函数.由于核函数参量和加权参量直接影响算法性能,分别采用了随机函数法、爬山法和粒子群算法对上述参量进行了选择.结果表明,在恒虚警率下使用粒子群算法进行参量设定得到的效果最好,且采用加权组合核函数RX算法得到的目标检测率为83.5%,相对于普通的核RX算法,正确率得到了提高.     

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。