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。     

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。      

脉冲压缩探地雷达

本文给出了一种可有效地对考古学物体进行成象的新型脉冲压缩探地雷达。雷达采用具有高探测性和高分辨率的性调频脉中信号。     

超宽带探地雷达自动目标识别研究

超宽带探地雷达由于回波信号信息丰富的特点,特征向量的选取成为了自动目标识别的关键.首先利用宽相关处理进行滤波和典型数据提取.提取纵向和横向典型数据用于目标形状识别;提取典型回波道数据进行功率谱分析用于目标材质识别,并利用RBF网络从而实现目标的自动识别.实测数据处理表明:该方法可有效的完成管状物和球状物、铝和铁的识别.     

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。     

基于鲁棒Capon波束形成的探地雷达成像算法

传统的探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)成像算法属于非自适应方法,其成像结果中存在较强的旁瓣和杂波干扰,而自适应方法具有很强的干扰抑制能力。该文利用鲁棒Capon波束形成(Robust Capon Beamforming, RCB)理论,提出了一种自适应的基于RCB的GPR成像算法,不仅考虑了GPR工作场景下电磁波折射现象,同时研究了适用于GPR成像的协方差矩阵构造方法。所提算法可大幅降低成像结果中旁瓣和杂波能量,并在一定程度上提高成像分辨率,实测数据的实验结果证明了算法的有效性。     

基于互相关的探地雷达反向投影成像算法

该文基于探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)回波数据之间的互相关性,提出了一种用于抑制GPR成像中杂波干扰的反向投影(Back Projection, BP)成像算法。与标准BP算法相比,该文的互相关反向投影(Cross-correlated Back Projection, CBP)算法增加了数据间互相关运算的步骤,而且无需引入额外的参考信号通道。理论分析和实验结果均表明,CBP算法不仅抑制了标准BP算法成像结果中的杂波干扰,而且在一定程度上提高了成像分辨率。     

探地雷达对两层介质中目标的快速后向投影成像方法

运用探地雷达对分层介质中的目标进行探测时,时域后向投影算法是一种常用的成像方法。但大运算量和低成像分辨力一直是该算法难以实用化的瓶颈问题。该文提出一种实用的高分辨快速后向投影成像方法。首先提出了基于1维搜索或求解一元四次方程的传播时延快速计算方法。其次,设计了一种对时延曲线上散射回波进行处理的加权因子以提高成像质量。运用所提的成像算法对仿真数据进行了处理,获得了高分辨的成像结果,验证了该算法的有效性和快速运算能力。     

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路径。结果表明：地下水管发生渗漏后,管道周围区域出现一定分层状态,电磁波在传播过程中存在更多界面反射和界面间的多次波。PVC管渗漏后,管道顶部、底部反射信号和爬行波信号在渗漏区中多次反射形成复杂的震荡双曲线信号,而金属管渗漏后管壁与渗漏区间存在多次反射。研究成果可为探地雷达在地下水管渗漏探测实际应用提供技术支持。     

利用互相关和Hough变换快速检测探地雷达目标

考虑到探地雷达目标检测效率低的问题,该文基于目标回波能量空间分布的三参数双曲线模型,提出了一种快速的地下目标检测算法。算法首先利用相邻1维回波的相关性提取回波双曲线,再能量加权拟合曲线以估计出回波模型的两个参数,最后通过1维Hough变换来完成目标检测与定位。实测数据实验结果表明该文算法在不降低目标检测性能和定位精度的同时,计算时间只有传统基于Hough变换检测算法的1.5%左右,计算量的理论分析证明了该文算法在计算效率上的优势。     

基于深度学习的探地雷达二维剖面图像结构特征检测方法

该文针对探地雷达(GPR) 2维剖面图像中目标特征提取困难及其识别精度较低等问题,采用深度学习方法来提取2维剖面图像中目标的特征双曲线。根据GPR工作的物理机制,设计了一种级联结构的卷积神经网络(CNN),先检测并去除回波数据中的直达波干扰信号,再利用CNN得到B扫描(B-SCAN)图像的特征图,并对特征信号进行分类识别以提取目标的特征双曲线。同时,为处理各种干扰信号影响目标特征双曲线结构完整性的问题,提出了一种基于方向引导的特征数据补全方法,提高了目标特征双曲线识别的准确率。与方向梯度直方图(HOG)算法、单级式目标检测(YOLOV3)算法和更快速的区域卷积神经网络(Faster RCNN)算法相比,在综合评价指标F上该文方法的检测结果是最优的。     

压缩感知理论在频率步进探地雷达偏移成像中的应用

该文针对频率步进探地雷达的具体工作过程,利用目标成像空间的稀疏性提出了一种基于压缩感知理论的频率步进探地雷达偏移成像算法,成像过程中首先采用杂波抑制方法在频率域去除直达波,同时利用交叉验证算法来估计成像过程中的正则化参数,最后基于稀疏约束最优化方法实现对地下目标成像,仿真和实验数据表明了该算法的可行性和有效性。     

脉冲探地雷达的模拟计算

本文在给出Debye型色散媒质中2．5维时域有限差分法（2．5D－FDTD法）迭代公式的基础上，对无载频脉冲波在不同色散媒质中的传播特性进行了计算，分析了脉冲产生畸变的原因，并提出对部分畸变脉冲进行整形的方法。分别对地下单体目标和群体目标的雷达回波电平图进行了模拟计算，并与实际无载频脉冲探地雷达的探测结果进行比较，二者有较好的一致性，证实了本文所给计算公式的正确性。另外，还分析了土壤参数对雷达探测深度和分辨率的影响。