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。      

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。     

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。     

基于探地雷达首达时约束的层状构造波形反演方法

采用现有的方法对层状构造探地雷达数据进行波形反演时,存在两个难题：问题求解过程时间复杂度高和误差分析函数收敛性差。为了解决这些问题,提出一种基于首达时约束的波形反演方法,该方法以各层介质分界面处对应的回波信号的首达时为先验信息,以降低算法求解过程的复杂度,并保证误差分析函数的收敛性。实验结果表明：针对层状构造反演问题,改进后的波形反演方法能有效重建出各层介质的厚度和介电常数信息;同时,该方法还具有时间复杂度低和反演结果精度高等优点。     

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。      

基于多偏移距探地雷达数据的包络-波形反演

全波形反演(FWI)通过综合利用波场的运动学和动力学特征来实现对地下介质的高精度建模,是最具潜力的反演方法之一。目前,全波形反演仍面临诸多亟待解决的问题,最著名的就是初始模型依赖性问题。低频成分对于恢复长波背景速度结构进而构建初始模型至关重要,但是实际采集的探地雷达(GPR)数据中往往存在低频信息不足的情况,导致全波形反演难以获得理想的结果。为此,该文提出基于地面多偏移距雷达数据的包络-波形反演方法,利用包络波场携带低频信息的特征来构建大尺度背景模型,同时又实现了对小尺度弱扰动目标体的精细刻画。在原始记录低频成分缺失的情况下,通过与常规全波形反演方法进行对比表明：包络-波形反演方法能够有效重构缺失的低频成分,提高对地下大尺度背景构造和细节信息的成像效果。     

基于神经网络的探地雷达探雷研究

根据对探地雷达回波信号的分析,提出了一种新的适合于现场处理的探雷方法,采用延时校正、维纳自适应滤波及减背景等手段对原始数据进行预处理,提取Welch功率谱密度估计作为目标的特征,将特征送入神经网络进行分类训练。使用地雷目标与共相近的物体的数据进行对比试验和神经网络测试,结果表明,经过训练的神经网络可有效地将地雷与其它干扰物分开。     

探地雷达地杂波抑制方法研究进展

下视探地雷达是检测地雷的一种有效手段.强烈的地表反射回波即地杂波会淹没浅层埋藏的非金属地雷的微弱回波,从而导致很高的检测虚警概率.如何尽可能完全抑制地杂波而又不损失回波中的目标信息成为探地雷达地雷检测的关键技术问题.本文以地雷检测为应用背景,对目前已有的主要的地杂波抑制方法进行了综述.     

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2 000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：GPREInet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GP...     

基于时空估计的冷像校正方法

冷像是影响制冷型红外探测器成像质量的重要因素。虽然可以通过非均匀校正技术进行去除,但当校正后的工作条件发生改变时,冷像的影响又会显现出来。根据冷像产生的机理以及频率特点,提出了一种基于时空估计的冷像校正算法。首先,通过使用小波分解与重构对原始图像进行冷像噪声空间域估计;然后,利用自适应时域低通滤波获得冷像噪声的时间域估计;最后,利用原始图像与获得的冷像估计噪声做差完成校正过程。使用仿真和实际的红外图像序列进行实验,结果表明所提算法能够有效地去除冷像噪声。     

色散介质中的时域小波Galerkin方法

将基于Daubechies尺度函数的时域小波Galerkin法应用到水和等离子体色散介质中的瞬态传播,给出了一种既适合于Debye模型,又适合于等离子体计算的差分方程方法.计算结果证实了方法的有效性,与(FD)2TD比较,该方法可以增加网格尺寸而不会牺牲精度,因而具有计算效率高的特点.     

基于时域多分辨法微带线串扰分析

时域多分辨分析法作为一种时域计算方法,其吸收边界直接影响到计算的准确度。采用具有紧支撑性和对称性的CDF(2,6)尺度函数作为基函数得到了三维各向异性完全匹配层吸收边界;将时域多分辨分析法应用于微带线串扰分析中,给出了适用于任意尺度函数的集总电阻和阻抗电压源模拟方法,并用该方法分析了某印刷电路板上两根平行微带线的串扰问题。仿真结果表明:与传统的时域有限差分算法相比,以CDF(2,6)尺度函数为基函数的时域多分辨分析法只需要其一半的网格数,计算速度提高三倍,同时具有内存使用少、利用率高等特点。     

基于小波域的压缩感知超分辨率重建方法

为了提高超分辨率图像的重构效果,提出了一种基于小波域的压缩感知超分辨率重建方法.首先采用小波变换对低分辨率图像进行分解,得到低分辨率图像的低频子带与高频子带,然后采用压缩感知技术分别对低频子带和高频子带进行重建,并通过小波逆变换得到最终重建图像,最后在MATLAB 2012平台上进行仿真实验.结果表明,相对于其他图像重建方法,本文方法的重建图像视觉效果更加理想,不仅提高了低分辨率图像重建精度,而且提高了图像重建效率,可以满足图像处理的实时性、在线性要求.     

有耗介质中时域精细积分方法的数值色散分析

分析了时间步长、空间步长、电导率和电磁波传播方向对时域精细积分(PITD)方法的数值损耗和数值色散的影响。结果表明:PITD的数值损耗大于电磁波的真实损耗,其数值波速可以大于电磁波的真实波速。PITD的数值损耗和数值色散都基本上不受时间步长的影响。随着空间步长的减小,PITD的数值损耗和数值色散的误差都逐步减小。当电导率较小时,PITD的数值损耗和数值色散的误差比时域有限差分(FDTD)方法的大。但当电导率较大时,PITD的数值波速却比FDTD的数值波速更加接近于电磁波的真实波速。PITD的数值损耗和数值色散的各向异性在三维情况下的值要大于其在二维情况下的值。数值算例表明:对良导体而言,PITD比FDTD拥有更高的计算精度和更快的计算速度。     

HHT方法在探地雷达回波信号特征提取上的应用

探地雷达回波信号是一种非平稳非线性信号,其中不仅包含地下埋藏物的目标信号,还包含有可能掩藏目标信号的直达波信号,给目标的识别带来困难。文中采用HHT方法对探地雷达回波信号进行特征分析,提取回波信号的IMF分量的瞬时频率作为特征向量。实验结果表明,用HHT方法提取特征可较好的避免直达波影响,该方法是可行而有效的,为进一步鉴别地下埋藏物提供了新的思想和方法。     

A frequency domain blind signal separation method based ondecorrelation

This paper addresses the issue of separating multiple speakers from mixtures of these that are obtained using multiple microphones in a room. An adaptive blind signal separation algorithm, which is entirely based on second-order statistics, is derived. One of the advantages of this algorithm is that no parameters need to be tuned. Moreover, an extension of the algorithm that can simultaneously deal with blind signal separation and echo cancellation is derived. Experiments with real recordings have been carried out, showing the effectiveness of the algorithm for real-world signals     

3D crank-nicolson finite difference time domain method for dispersive media

The unconditionally stable Crank-Nicolson finite difference time domain (CN-FDTD) method is extended to incorporate frequency-dependent media in three dimensions. A Gaussian-elimination-based direct sparse solver is used to deal with the large sparse matrix system arising from the formulation. Numerical results validate and confirm that the scheme is unconditionally stable for time steps over the Courant-Friedrich-Lewy limit of classical FDTD.     

海缆布里渊光时域反射信号的去噪方法研究

为了从噪声背景中有效地提取光电复合海缆的布里渊光时域反射信号,根据信号的特点,提出了采用小波阈值法对实时信号进行去噪处理。针对小波阈值去噪参量设置的基础性问题,通过理论分析和实验对比确定了适于海缆布里渊光时域反射信号去噪处理的最优参量,并与中值滤波、均值滤波的去噪效果进行了对比。结果表明,相对于两种传统的滤波方法,最优参量下的小波阈值法能有效去除噪声,不仅信噪比提高了14.1dB,而且能检测出100με的应变变化。该研究对于探索海缆布里渊光时域反射信号的高效处理方法具有重要参考价值。