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.     

水体的探地雷达成像数值模拟与实验比较研究

对中心频率为1.6 GHz的探地雷达(GPR)进行水箱管线成像研究,获得了金属和聚氯乙烯(PVC)管线在不同深度、不同管径组合以及不同介质损耗等情况下的雷达剖面。建立了二维时域有限差分程序对实验进行数值模拟对比研究,该程序能对薄壁管线进行高精度建模。相同模型下的数值模拟结果与实验符合较好。从图像解释的角度重点讨论了实测与数值模拟的雷达剖面的异同,分析了电磁波多次反射造成的一系列双曲线现象,并探讨了高损耗介质的GPR数值模拟与实测结果略有不同的原因及解决对策。     

基于随机滤波的探地雷达成像方法

探地雷达是一种超宽带雷达系统,若按传统的奈奎斯特采样,雷达回波信号需要大量空间存储。压缩感知可以实现利用少量的测量值对稀疏信号进行重构,其中最为关键的是测量矩阵和重构算法的选择。本文将压缩感知应用于探地雷达成像,并利用随机滤波的思想选择测量矩阵,可以有效减少测量矩阵中非零值的个数。利用正交匹配追踪算法对信号进行重构,算法简单,降低了数据的存储量和运算复杂度,该算法同样可以对时间和空间上同时压缩的数据进行成像。最后,本文给出基于时间连续信号的GPR接收机一种CS实现方案。仿真结果表明,本文提出的成像方法可以以少量数据精确地对信号进行重构,并且运算量少。      

探地雷达扫频三维成像方法

基于惠更斯原理三维探地雷达数据叠加偏移处理方法,对实验数据进行了三维成象处理。７并用频域扫频方法产生宽频带信号,通信网络分析仪采集频域回波信号数据,获得高分辨率探地雷达所需要的窄脉冲信号。     

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。     

压缩感知理论在探地雷达三维成像中的应用

该文基于探地雷达成像目标空间的稀疏特性,提出了探地雷达中的随机孔径压缩感知3维成像方法,该方法在单道数据获取中应用压缩感知减少采集数据量的同时,在x-y测量平面上随机抽取部分孔径位置进行测量,以少量的测量孔径和测量数据获得重建目标空间的足够信息,同时该文研究了噪声以及测量矩阵对算法性能的影响。结果表明,随机孔径压缩感知成像算法比传统后向投影算法所需数据量少,成像效果好,目标旁瓣小,对噪声的鲁棒性更好。     

基于三维序列探地雷达目标自动定位方法研究

针对三维探地雷达目标定位问题,基于序列目标特征位置提出了一种自动定位埋地目标的方法.该方法采用并行变长自适应滤波器组自动消除直达波,用最佳检测小波在不同的尺度上统计检测和定位目标,并根据点目标的成像特征确认可疑目标,最后采用电波在媒质中速度的估计值实现目标三维聚焦.通过实测数据验证了该方法的正确性和可行性.     

基于小波变换的信号滤波在探地雷达中的应用

利用小波变换的时频局域性,提出了一种探地雷达信号处理的滤波方法.在连续小波变换的基础上,同时联合尺度和频率,通过能量分析确定回波信号主要分量所在区间,通过尺度分解和频域滤波剔除干扰分量,在此基础上重构信号,提高了信噪比.并针对不同连续小波基对信号处理的性能进行分析,对比结果表明与雷达发射母波相似的小波基在探地雷达信号处理中更有效.     

高频探地雷达安检软件系统设计与实现

高频探地雷达包含1.6 GHz雷达天线、雷达主机和无线终端三部分。无线终端通过2.4 GHz UHF WiFi与雷达主机相连,采用自定义数据传输协议控制雷达主机状态,调整信号增益和时间窗,并通过无线终端实时显示探测结果。文中在高频探地雷达基础上,开发基于Android的安检软件系统,用于检测金属危险品。通过对非金属目标和金属目标的实验测试,研究不同距离情况下探测结果的差异。结果表明,探测距离相同时,金属目标的反射信号较强,非金属目标的反射信号较弱。通过反射信号的差异,安检软件系统能够实现对金属危险品的检测。     

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.     

基于多测量向量模型的极化探地雷达成像算法

针对极化探地雷达( GPR)工作过程中目标成像空间的联合稀疏性,提出了一种基于多测量向量模型的极化探地雷达成像算法。在建立极化探地雷达回波信号模型的基础上,利用各极化通道测量数据的联合稀疏性将各个极化通道的测量数据等效成多测量向量( MMV ),通过多任务贝叶斯压缩感知( MT-BCS)算法对各个极化通道的测量数据进行联合处理从而实现各个极化通道对应的探测场景反射率的重建。基于时域有限差分( FDTD)法的仿真数据处理结果表明所提成像算法在目标位置重建的准确性和背景杂波抑制能力上均优于单测量向量( SMV)模型的极化探地雷达成像算法。     

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。      

二维物理小波标架去除探地雷达信号随机噪声

探地雷达是对媒质内部的目标进行探测,接收信号中存在多种干扰与噪声,而目标反射回波信号往往较弱,甚至可能掩没于干扰与噪声中,这给探地雷达数据的处理与解译造成了很大的障碍。因此,去除随机噪声干扰是利用探地雷达进行浅层目标识别的关键技术。介绍了二维物理小波函数的构造及特性,比较了小波函数随尺度变化的特性,利用典型信号的分解与重构验证了程序的正确性,给出了二维物理小波标架阈值去噪的实现过程,并用两个典型信号进行了去噪处理,证明了该方法的有效性。     

脉冲探地雷达回波信号数据采集的设计

深入分析探地雷达工作原理以及雷达回波信号的特点,采用基于等效时间取样技术实现探地雷达回波信号的数据采集：采用高精度的数字可编程延时器产生稳定的步进时钟,作为时序步进采样的同步信号,同时采用“PC机＋单片机＋CPLD”以实现对数据采集、存储和传输的时钟控制。较之以前采用模拟电路技术产生步进采样脉冲,有电路简单、精度高、稳定性好和实时性强等优点。将标准的正弦波通过该采集电路,经处理得到恢复的波形,通过波形对比的方式来验证该设计的性能,从而定性的可以看出该设计能良好的恢复原来的信号,满足设计要求。     

脉冲探地雷达回波信号数据采集的设计

深入分析探地雷达工作原理以及雷达回波信号的特点,采用基于等效时间取样技术实现探地雷达回波信号的数据采集:采用高精度的数字可编程延时器产生稳定的步进时钟,作为时序步进采样的同步信号,同时采用"PC机+单片机+CPLD"以实现对数据采集、存储和传输的时钟控制.较之以前采用模拟电路技术产生步进采样脉冲,有电路简单、精度高、稳定性好和实时性强等优点.将标准的正弦波通过该采集电路,经处理得到恢复的波形,通过波形对比的方式来验证该设计的性能,从而定性的可以看出该设计能良好的恢复原来的信号,满足设计要求.     

基于小波变换与主成分分析的探地雷达自适应杂波抑制方法研究

针对传统主成分分析法在探地雷达杂波抑制方面的不足,该文基于2维小波变换的分时分频特点,提出了改进的主成分分析子空间投影法。进一步将改进的子空间投影法与自适应横向滤波方法相结合,保留了自适应滤波方法良好的目标回波信号保真度与学习适应能力等优点,提出了基于小波变换与主成分分析的探地雷达自适应杂波抑制方法,实现了小波变换、主成分分析法以及自适应滤波方法的优势互补。实验结果表明该方法在信杂比与目标图像清晰度方面具有良好的杂波抑制效果。