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。     

浅地层步进频率探地雷达的一种预处理方法

在浅地层步进频率探地雷达的实际应用中,地表回波等杂波及各种干扰噪声严重影响了探地雷达对地下目标的探测。对探地雷达数据进行预处理,其目的就是要去除地表回波等杂波及各种干扰噪声以加强目标信息。由于实际中地表不是均匀平整的,因而地表回波在每个A-scan数据中的分布位置都不尽相同,这使得传统的一些方法不能很好的去除地表回波。本文从步进频率探地雷达的原理出发,提出了一种极值点定位去除地表回波的方法,并将该方法与均值法去杂波及小波变换去噪相结合来完成对浅地层步进频率探地雷达数据的预处理。通过对实测数据进行处理,其结果表明本文所提的预处理方法取得了很好的效果。     

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。     

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。     

随机相位编码抑制步进频率探地雷达RFI的研究

步进频率探地雷达应用中,射频干扰严重影响合成孔径成像效果和目标检测性能。该文使用随机相位编码技术在不影响目标回波的情况下,可将所有射频干扰变为零均值随机信号,进而用经典的均值滤波方法进行干扰抑制。分析表明使用随机相位编码技术使步进频率探地雷达具有噪声雷达的射频干扰抑制能力,同时保留了步进频率良好的主副瓣比性能和利用FFT进行快速信号处理的优点。蒙特卡洛仿真结果验证了本文分析的正确性和随机相位编码对步进频率探地雷达射频干扰抑制的有效性。     

读者之窗

答读者问　　在《高速脉冲技术的新应用》一文发表后,我陆续收到一些同志的查询,现在将有关问题回答如下。一、关于探地与探空雷达的重大差异印刷稿有疏漏之处,现更正如下（１）目标特性探空雷达探测目标大都是金属物体,目标回波能量大;而探地雷达的探测目标深埋地下,一般为非金属体,它们与周围环境介质差异小,因而回波能量也小。（２）探测路径探空雷达的发射电磁波束的传输路径单纯,基本上是衰减小的大气层;而探地雷达发射电磁波束的传输路径是情况不明的地下不均匀层,它们对电磁波的衰减远强于大气层。二、关于微型探测器芯片…     

基于等效时间采样的探地雷达回波信号采样方法研究

探地雷达是一个工作频率上限约为1GHz的时域系统。如果采用传统的实时采样技术，采样信号的频率将会很高，从频谱角度分析，对采样系统的频带要求更高。实际上，作为雷达数字显示系统前端的A/D转换器，其采样速率很难满足采样定律对实时采样的要求。为此，本文提出了一种对探地雷达回波信号这种特殊的高频信号进行采集的方法，即等效时间采佯方法，并设计实现了等效时间采样的具体电路，包括产生步进采样脉冲的高精度步进系统、采样门电路等。     

高分辨率探地雷达步进系统的研究与实现

基于对探地雷达回波信号的分析,提出了等效时间取样的探地雷达系统的设计方法.并分析了天线中心频率、分辨率和取样间隔的关系,构建了一种步进时间达到1.25×10-2ns的步进系统,实现了高分辨率的探测.最后,采用研制的探地雷达实验系统进行了实际探测实验,探测结果表明,等效时间取样技术对该系统是有效的,且步进系统的稳定性是较高的.     

频率步进探地雷达及其在地雷探测中的应用

频率步进方法是探地雷达技术的工作体制之一,与时域无载频脉冲体制的探地雷达技术相比,在探测性能上具有较多的优越性.本文在简述其工作原理的基础上,介绍了作者研制的一种频率步进探地雷达系统,该系统主要用于对地雷目标进行三维成像探测.在研制该雷达系统过程中,对已有的反对称Vivaldi天线提出了改进设计.实验测量结果表明,本文研制的反对称Vivaldi天线与传统的同类天线相比,性能更加优越.同时,为了得到更加清晰的地雷图像,本文还分别引入了f-k偏移成像方法和合成孔经雷达(SAR)处理技术对雷达探测信号进行处理,得到了满意的结果.探测实例表明,频率步进探地雷达系统能够实现对浅层地下地雷目标的高分辨率三维成像探测.     

步进频率连续波探地雷达数字信号处理机

设计实现了一种超宽带步进频率连续波探地雷达数字信号处理机。处理机以TS201芯片为处理核心,采用了分布式存储和独立总线结构,利用link口实现处理器间和板间高速数据交换。基于处理板结构设计实现了信号处理算法流程。该步进频率探地雷达信号处理从流程上划分为数据整合与回波预处理、合成孔径成像、图像增强与杂波抑制和跟踪检测四个模块,可实时输出雷达图像和检测结果。该处理机成功地应用于某探地雷达系统,运行稳定。     

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。     

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。     

Nonparametric estimation of ultrasound pulses

An algorithm for nonparametric estimation of 1D ultrasound pulses in echo sequences from human tissues is derived. The technique is a variation of the homomorphic filtering technique using the real cepstrum, and the underlying basis of the method is explained. The algorithm exploits a priori knowledge about the structure of RF line echo data and can employ a number of adjacent RF lines from an image. The prime application of the algorithm is to yield a pulse suitable for deconvolution algorithms. This will enable these algorithms to properly take into account the frequency dependence of the attenuation and its variation within a patient and among patients. It is also possible to use the estimated pulse for attenuation estimation, and the consistency of the assumptions underlying the proposed technique is demonstrated by its ability to recover low variance attenuation estimates in the normal liver from in vivo pulse-echo data. Estimates are given for 8 different patients     

粗晶材料超声检测信号模型及其通过窄带滤波器分析

分离谱处理技术已被用于增强粗晶材料超声检测的缺陷回波信号.在分离谱技术中,宽带超声脉冲回波通过一组窄带滤波器阵列分别进行滤波处理,由于人们尚不清楚该技术是如何有效利用这些滤波器的输出特性进行工作的,使得该技术的各种算法都有性能不够稳健的问题.本文通过构造一粗晶材料超声检测信号模型,进而获得超声信号通过窄带滤波器阵列的输出特性.文中还给出了计算机模拟的结果.     

A Narrowband Pulse-Echo Technique for In Vivo Ultrasonic Attenuation Estimation

The principles of a narrowband technique for pulse echo attenuation measurements are presented. Experiments are described which compare the attenuation in tissue-mimicking phantoms, measured by known methods, to the attenuation measured by the present technique. The effects of various experimental parameters on the results are investigated. The attenuation in spleens of canine models and in livers of human volunteers is presented.     

An active steganalysis approach for echo hiding based on Sliding Windowed Cepstrum

This paper presents an active steganalysis technique for echo hiding (EH). This approach can differentiate stego audios (with hidden message) from nature ones (without hidden message), and then extract sequential EH messages in stego audios without prior knowledge about the EH technique. The procedure of this algorithm can be simplified as follows: (i) Sliding Windowed Cepstrum (SWC) is obtained by employing a Sliding Window (SW) to move over the audio signal sample by sample. (ii) The echo detector is designed based on statistical analysis of the Cepstrum Peak Location Aggregation Degree (CPLAD). (iii) For stego signals, both echo delay and the range of segment length are estimated by exploring the changing rule of the SWC. (iv) The accurate estimation of segment length and synchronism position is acquired by the grid search algorithm. (v) Finally, the binary secret message can be extracted using the estimated parameters in the previous steps. The proposed method has been implemented and tested to extract the message which is embedded into audio clips by using EH techniques with different kernels. The experimental results show that the accuracy of extraction is no less than 90% when attenuation is greater than 0.45.     

分布式卫星SAR系统的方位分辨力特性

详细分析了方位分辨力与方位回波谱的关系．通过对方位回波谱拼接处理来提高方位分辨力。仿真结果表明，方位回波谱拼接处理可提高分布式卫星SAR系统方位分辨力。     

基于方位相位编码的脉内聚束SAR成像方法

脉内聚束模式有效克服了星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)高分辨率与宽测绘带之间的矛盾,同时可以兼顾回波的信噪比。然而距离维空域滤波的信号分离方法容易受地形起伏的影响,甚至失效。针对此,该文提出了一种结合方位相位编码(Azimuth Phase Coding, APC)的脉内聚束SAR成像方法,利用APC技术使不同子脉冲回波的方位频谱处在不同的脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequencies, PRF)范围,然后利用方位自适应波束形成技术来分离回波信号。文中对信号分离方法以及频移因子的选择进行了详细的讨论。最后仿真实验结果验证了所提方法的有效性。      

地下埋藏目标与分层粗糙面复合散射探地雷达回波特性研究

为了更好地解译探地雷达（ground-penetrating radar，GPR）回波数据，建立了一种二维时域有限差分模型，用于模拟地下分层结构（混凝土层/粘土层）和多个埋藏目标（金属板/条、空洞、水/油管）的GPR探测.对于该模型，地下分层结构中的分界面设置为粗糙界面，采用电磁微分高斯脉冲作为GPR源，并用单轴完全匹配层介质对计算区域边界进行截断以模拟无界区域.通过数值计算得到了探地雷达B-scan扫描的回波仿真结果，并讨论了埋藏深度、几何形状、介电常数、电导率等对回波散射特性的影响，以及目标受其上方不同粗糙度的粗糙界面影响而产生的回波形态的改变.该结果中显示的各个回波的形态、方位、振幅强弱以及到达的时间均与模型中各个结构的外形、位置、媒质特性及埋藏深度相一致，验证了该计算模型的有效性.