频谱校正技术在频率步进探地雷达中的应用研究

频率步进方法是探地雷达的工作体制之一。由于地下介质在各个频点对电磁波的衰减程度不同,导致频率步进探地雷达中回波信号频谱已经严重变形。文中基于恒Q模型推导了当考虑地下介质衰减特性时回波频谱的表达式,提出采用频谱校正技术对回波谱白化后进行匹配滤波。仿真结果表明,该技术大大提高了距离像的主旁瓣抑制比和分辨率,提高了地下目标检测能力。     

半空间模型的地下目标成像

由于电磁波在穿越不同介质时会出现折射现象,因此在对地下目标成像时,电磁波信号在穿越从雷达到达地下目标的组合通道时,路径不是直线而是折线,此时利用常规的自由空间中的合成孔径成像方法已经不能对目标进行成像。为此,基于电磁波的传播规律和地层有耗媒质的特性,提出了电磁波传输的半空间模型,使其能够充分反映电磁波信号在整个传播过程中的真实路径,并得到了相应的目标回波表达式。将其应用到机载条件下的地下目标成像之后,通过仿真比较,可以明显看出,使用半空间模型对地下目标成像效果有改善,验证了半空间模型适用于对分层土壤中的地下目标成像。     

地下目标探测的LFMCW RD成像方法分析

在地下目标探测过程中,由于地下介质与空气的介电特性不一致,发射信号的传播速度和传播路径会发生改变,传播速度不再保持恒定,传播路径也不再是沿直线传播。由于采用连续波体制,此时传统的回波信号模型和成像处理方法都不再适用。根据地下目标成像的特点,针对线性调频连续波体制探地雷达,给出了地下目标成像的接收回波模型,并以此为基础,建立了以分层成像处理为基础的RD成像处理方法,并通过仿真进行了验证。     

频率步进探地雷达的SAR成像处理方法

由于冲激脉冲探地雷达平均功率低,限制了其作用距离和探测深度,多用于近地表和浅低层探测。为了提高系统的作用距离和探测深度,常采用频率步进探地雷达。利用频率步进信号的大带宽和高平均功率的特点,不但可以提高作用距离和探测深度,而且成像分辨率可以大为改善。由于介质与空气的介电特性不一致,电磁波的传播路径和传播速度会发生相应的改变,常用的回波模型和合成孔径成像方法不再使用。本文推导出了频率步进探地雷达的回波信号模型,并结合SAR成像理论,针对地下目标探测的特点,提出了分层聚焦的SAR成像处理方法,取得了良好的效果。     

探地雷达在地下介质中传播路径的计算

由于地下介质和空气的电磁特性不一致,探地雷达的发射信号在不同介质中传播时,传播速度和传播路径会发生改变,传播速度不再保持恒定,而且传播路径也不再是沿直线传播.当地下介质由单一均匀介质组成时,理论计算传播路径需要求解一个四次方程,计算量大,特别是地下介质由多个单一均匀介质组成时,无法得到解析的理论计算结果.根据电磁波的传播特性,给出了电磁波在地下单层介质传播时的简易计算方法.并以此为基础,首次给出了地下多层介质时的简易计算方法和解析结果.实际计算结果表明:简易计算结果与理论结果保持一致,比工程化计算方法的精度更高,计算量基本不变.     

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。     

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。     

基于探地模型的目标散射特性研究

以不同情况下的地埋目标散射特性为前提，能够准确地从探地雷达图像中提取目标体的结构信息。使用CST仿真软件上的时域求解器构建频率范围在0.5～3.5 GHz的脉冲体制探地雷达系统的目标散射仿真模型，并对不同传播介质、不同目标体与不同埋藏深度的地埋目标散射特性进行电磁仿真模拟，预演了多种情况下探地雷达系统的探测过程。通过比较不同情况下探地模型的目标回波信号，得出结论：土壤含水会使地面反射增强，目标回波衰减不易识别；目标的尺寸改变对回波幅度有影响，对波形影响不大；当目标材质的电参数改变时，目标体回波波形变化明显；当目标与传播介质的电参数相差较大时，目标回波明显；随着目标埋深增加，目标体回波在时域上向后延迟，可以根据回波时间差计算目标体埋深。通过对仿真结果的分析证明该方法可靠有效，并且仿真过程简便，适用于不同情况下探地雷达的目标散射模拟。     

基于探地雷达的有耗介质脱空薄层厚度估计方法

探地雷达在机场道面脱空检测中可以取得较好效果,但还不能准确估计有耗介质中的脱空厚度。针对此问题,本文通过分析脱空薄层复合反射回波的振幅响应和有耗介质中的电磁波传播模型,将常规薄层调谐厚度方法推广到有耗介质,提出了一种新的薄层厚度估计方法。首先推导有耗介质中脱空薄层反射回波的主频振幅随厚度变化的振幅响应,然后基于最小二乘曲线拟合方法修正主频振幅响应,减小接收信号未建模误差和参数估计误差对脱空厚度估计精度的影响。仿真结果表明,基于本文方法所取得的估计精度明显高于基于未修正的主频振幅响应方法。      

步进扫频宽带探地雷达信号处理

基于一种步进扫频的宽带探地雷达前端设计,有效地解决探地雷达探测深度和高分辨率的矛盾。该前端系统发射151个步进频脉冲,接收地下物体反射的回波信号,对回波信号进行混频和滤波,然后,选取不同脉冲数处理回波信号,实现了对地探测深度深和分辨率高的优点。用Matlab对步进扫频宽带探地雷达信号进行仿真,并由实验平台验证超宽带步进频在目标探测应用中的有效性。实验结果表明,步进扫频宽带探地雷达可以实现较大的浅地层探测深度和较高的分辨率。     

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。      

浅地层探地雷达波速估计和成像方法的研究

在分析探地雷达图像特点的基础上,将图像处理方法应用于雷达波速估计和合成孔径成像,提出了基于模板匹配的浅地层探地雷达波速估计方法和基于图像分割的快速合成孔径成像方法;实测数据的处理结果验证了该方法的可行性和有效性。     

地下目标的瞬态电磁散射特性分析及成像

地下目标的瞬态电磁散射分析对于探测、检验及识别埋地目标，特别是冲击探地雷达的研究具有重要的理论和应用价值。本文用FDTD三维建模计算在收发天线作用下地下无限长管道的时域散射场，重点探讨适用于吸收土壤中凋落波的GPML吸收边界以及处理有耗色散媒质的(FD)^2TD算法，并利用所得数据进行成像分析。BP方法成像结果证明了整个模拟计算过程的正确性。     

按自相似原理构成的一种随机粒子模型及其应用

本文按分形几何的自相似原理构造出一种具有自相似分布结构的随机粒子模型,求得了其数密度相关函数孔子。这种模型有确定的构造方法,在结构上具有自相似性,并可按其结构特征求得其相关函数,因而便于应用于随机介质与波的相互作用的研究和计算机模拟。本文应用此模型分析了雷达回波功率与距离的关系。结果与Rastogi等人(1990)的数值模拟结果完全一致。     

地下管线渗漏环境下探地雷达信号特征分析

探地雷达(GPR)在地下水管渗漏的检测中具有良好的应用前景.前期研究表明:地下水管的渗漏会在雷达剖面中形成震荡信号,但其形成机理尚不明晰.为揭示不同材质地下管道渗漏后的探地雷达信号特征的成因,该文结合物理模型试验与渗流场-电磁场数值模拟分析干砂中PVC管和金属管渗漏前后雷达信号特征、渗漏后震荡信号的形成机理和电磁波传播...     

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.     

A MODEL OF RANDOM PARTICLES CONSTRUCTED BY THE PRINCIPLE OF SELF-SIMILARITY AND ITS APPLICATION

A model of random particles constructed by the operation of self-similarity in fractalgeometry is presented.The correlation function of the number density has been obtained andcan be used conveniently in theoretical study and computer simulation for wave interaction withrandom media.As an example,this model has been applied to calculate analytically the rangedependence of volume scattering in radar echoes.The result agrees with that of Rastogi andScheucher's simulation.