探地雷达异物目标探测与数据处理分析-信号与信息处理专业论文.docx

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1、TheresearchofdifferenttargetdetectionanddataprocessingbasedonGroundPenetratingRadarAbstractAsageophysica1detectiontechno1ogy,GroundPenetratingRadar(GPR)detectiontechno1ogyisapp1iedanddeve1opedwide1yintheundergroundtargetdetectionfie1dbecauseofitsnon-destruction,rapidness,high-precision,easyoperation

2、andsoon.GPRisoftenunab1etostandardizeforthedetectiontargetandthedetectionenvironmentquantitative1yinpractica1work,soitisusua11yempirica1fortheechoimagingrecognition,dataprocessinganddatainterpretationofGPR.Ithasbeenbroughtmanydifficu1tiesfortheGPRworkersduetothediversityoftargetsandthecomp1exityofde

3、tectionenvironment,inthedifferenttargetechoimagingrecognitionanddataprocessing.Theundergrounddifferenttargetdetectionana1ysisandechodataprocessingareresearchedspecifica11yinthepaperinconnectionwiththeexistingprob1emsofGPRwork.Inthedifferenttargetdetectionresearch,onthebasisoftheana1ysisandstudyofGPR

4、princip1esanddetectionmethods,thefivedifferenttargetcircumstancessuchastheundergroundmediumwithorwithouttarget,targetdifferentdepthofthetarget,differentsizetarget,thetargetofdifferentmateria1sandthetargetofdifferentundergroundmediumarehavebeenana1yzedexhaustive1y,andbesidesthetargetmode1hasbeenana1y

5、zedindetai1and1argenumberofphysica1targethasbeendetectedineachtargetcase.Thecombinationofthetheoryandpractice,afterwards,thespecificcharacteristicsoftheradarimageofthetargetandthedegreeofanoma1yhavebeenana1yzedandsummarized,andthecorrespondingconc1usionsaregiven.Theconc1usionshaveaimportantguidingsi

6、gnificanceofGPRtargetrecognition,A11ofthisprovidesare1iab1ebasisforGPRworkersintargetextraction.Inthedataprocessingresearch,therearesomeinterferencewaveexistedinevitab1ybecauseofthecomp1exityofthedetectionenvironment,onthebasisoftheana1ysisoftheinterferencecomponentsoftheechodata.Theechodatapreproce

7、ssingandthede-noisingprocessinghavebeenresearched,andthemeanfi1termethodandmedianfi1teringmethodanda1sowave1ettransformhavebeenseparate1yusedforde-noisingthemeasuredGPRimagedata.Itisprovedthatwave1ettransformisbetterthantheothertwomethodsbyexperiment,whichnoton1yachievesthepurposeofsuppressionofc1ut

8、ter,buta1soretainsthetargetfeatureinformation.Onthisbasis,anenergystatistica1monitoringmethodhasbeenadoptedfortargetfeatureextraction,andtheextractioneffectisobvious.Soit1aysascientificfoundationforgroundpenetratingradartargetdatainterpretation.Keywords:GroundPenetratingRadar(GPR),TargetDetection,Da

9、taProcessing1绪论1.1研究背景目的和意义11.1.1研究背景11.1.2研究目的和意义11.2国内外研究现状21.2.1探地雷达发展历程21.2.2地下目标无损探测方法研究现状31.2.3探地雷达方法优点及应用领域41.2.4探地雷达数据处理方法研究现状51.3本文研究内容和结构安排61.3.1研究内容61. 3.2结构安排62探地雷达相父理论分析2. 1探地雷达电磁传播理论82.1.1麦克斯韦方程82.1.2探地雷达信号体制92.2探地雷达组成及探测原理102.3探地雷达目标探测方法与探测参数分析122. 3.1目标探测方法123. 3.2数据采集方式134. 3.3探地雷达探

10、测参数分析142.4本章小结153基于探地雷达的异物目标探测分析3. 1探地雷达数据图像统计特征163. 2有无目标体时探测数据图像分析173. 2.1探地雷达目标回波成像模型分析173. 2.2有无目标体实测数据图像分析183. 3目标体深度不同时探测数据图像分析193. 3.1探地雷达目标深度探测模型分析193. 3.2不同深度目标实测数据图像分析203. 4目标体尺寸不同时探测数据图像分析213. 4.1目标数据图像品质因子213. 4.2不同尺寸的目标体实测数据图像分析223. 5目标体材质不同时探测数据图像分析233. 5.1目标体的电磁散射特性模型分析233. 5.2几种典型材质目

11、标体的实测数据图像分析263. 6目标体媒质不同时探测数据图像分析283. 6.1目标体的媒质本构关系分析283. 6.2媒质中电磁传播特性303. 6.3几个典型介质中目标体图像特征345. 7小结364探地雷达数据处理6. 1探地雷达数据成分377. 2探地雷达数据预处理384.2.1文件处理384.2.2剖面截取和翻转394.2.3数据道内、道间重采样394.3探地雷达数据杂波抑制处理404.3.1柔性介质层法404.3.2均值滤波法处理414.3.3中值滤波法处理414.3.4小波变换处理424.3.5实测数据处理效果454.5探地雷达目标特征提取474.5.1典型目标曲线特征分析47

12、4.5.2目标特征提取474. 5小结495总结与展望5. 1总结506. 2展望51参考文献攻读硕士论文期间发表论文及所取得的研究成果致谢1绪论.研究背景、目的和意义1.1.1 研究背景对于人类，地球的浅表层是最重要的地质层，因为地球的大多数资源都处于浅表层，如土壤、矿藏、地下水等通称为人类的地下探测目标。然而，随着人类文明的发展与进步和人类对自然界认识的逐步深入，人们对地表下的世界探知需求变得越来越迫切与深入U1由于人类的生活与地表息息相关，所以地下异物目标的探测研究显得尤为重要；同时随着社会的不断进步，人们对地下异物目标探测的研究成果也在不断累积。人类最原始最直接认知地下目标的方法是利用

13、机械开挖和钻孔取样等，然而这种机械的方法始终是有损的，同时能力也是有限的；而在人类的实践活动当中，常常要求地下目标的探测必须是无损的，即不能破坏地表达到探测目标的目的。探地雷达技术的出现和发展为地下异物目标的探测和地下环境的探索提供了一个很好的工具。探地雷达技术是以介质间电性差异为基础，利用高频脉冲电磁波确定地下介质分布的一种物探方法，该方法相对于其它无损探测技术具有无损、快速、精度高、分辨率高、操作方便等诸多优点而广泛应用于地下异物目标的探测领域。1.1.2 研究目的和意义探地雷达的探测对象一般是地下不可见的各种各样的目标体，探地雷达在实际探测中常常无法定量地对探测目标和探测环境进行标定，因

14、而探地雷达的回波成像识别、数据的处理和资料的解释等通常是经验性的。由于探测环境的复杂性和地下目标的各异性，决定了探地雷达工作的艰难性和限制了地下目标探测准确性的判断，针对这个问题，本文重点研究了地下异物目标体的探测和探地雷达数据杂波抑制处理，分析总结异物目标体的数据图像特征，以帮助我们在地下资源检测、地质勘探和其它各类工程探测中能够迅速准确地识别各类地下探测目标的探地雷达数据图像，从而，为进行探地雷达的相关数据处理和相关地质资料解释提供可靠依据。1.2 国内外研究现状1.2.1 探地雷达发展历程探地雷达技术起源于德国科学家在研究地质特性时的专利技术。1972年，第一个探地雷达设备制造公司(Ge

15、o1OgiCa1SurveySystemInc.)宣告成立，这直接导致了探地雷达研究投入的增加，反过来又促进了探地雷达相关产业的诞生口。早期的探地雷达系统一般是粗距离分辨和方位分辨系统，这是相对于小尺度目标来说的。随着硬件技术的提高和近场合成孔径雷达技术的提高，高分辨率2D成像作为一项探地雷达的基本功能在很多系统被采用；阵列天线技术的采用，使得3D实时成像成为可能6。在国外，近年有较多的研究机构在进行探地雷达的研究，美国的KanSaS大学在探地雷达方面也进行了多年的研究，该大学近年的一个重点研究方向是将探地雷达用于美国航空航天局探测火星这一项目中。欧洲也有很多国家开展了对探地雷达的研究，如荷兰的DeItf大学研究了各种体制的探地雷达，意大利的JRC(联合研究中心)，瑞典的FOA及Cha1mers大学，德国的Saint-1ouis研究所(IS1),英国的1iVerPOOI大学，以及挪威科技大学，挪威地质研究所等机构都在进行探地雷达的研究；在亚洲，日本的一些机构也在进行探地雷达方面的研究，如NTT,Kyoto大学，Niigaat大学等。我国从80年代中期开始进行探地雷达技术的研究和试验，最初研制的探地雷达主要用于军事方面的探测。经过十几年的研制攻关，在雷达硬件设备、信号处理、目标成像等方面取得重大进展和