铁路路基病害车载雷达探测技术研究

论文摘要

快速准确地定位铁路路基病害并实施有效治理对保障铁路运输效率和安全运营有着重要的意义。在众多勘探方法中,地质雷达具有快速、无损和高分辨率等优势,是铁路路基病害探测的首选。对于既有雷达系统,要实现车载式铁路路基质量快速检测,在天线耦合方式、辐射特性和轨枕干扰处理等技术细节上都需要有针对性的研究。本文分析了铁路路基病害形成的机理及其地质地球物理特征,阐述了铁路路基雷达探测的基本原理。针对研制成型的重载铁路车载雷达病害探测系统,对天线的屏蔽效果、辐射特性、耦合效应等主要性能进行了系统的试验研究,为车载雷达天线的布置和采集参数的选取提供了依据,同时系统的试验方法为类似的车载雷达系统试验提供了参考。针对铁路车载雷达探测数据的特殊性,采取一维小波带通滤波算法,实现了非主频频段噪声以及仪器自身低频拖尾信号的压制；通过二维小波算法实现了空间滤波,压制了铁轨反射和直耦波等规则干扰；通过时空过滤筛法实现了由枕木引起的绕射波及多次波的压制；通过小波复信号分析以及偏移成像算法增强了隐患雷达信号的辨识特征。结合雷达探测实例,对朔黄铁路一段车载雷达实测数据进行了分析处理,给出了综合识别道碴囊、基床起伏、基床下沉、翻浆冒泥等道床和基床病害的雷达响应信号特征和评判依据。本课题得到国家高技术研究发展计划(863计划)项目“重载铁路桥梁和路基检测与强化技术研究”(课题编号2009AA11Z101)资助。作为“重载铁路车载雷达系统研制"子课题的部分研究内容,通过对车载雷达探测关键技术的研究,为铁路路基质量车载雷达探测系统的安装实施和数据解释提供了技术支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国铁路运营发展趋势及路基勘探现状
• 1.2 探地雷达国内外研究现状
• 1.2.1 探地雷达在铁路路基勘察上的应用研究现状
• 1.2.2 探地雷达数据处理研究现状
• 1.3 研究内容及意义
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文研究的目的及意义
• 第二章 铁路路基病害探测原理
• 2.1 铁路路基病害
• 2.1.1 道床性病害
• 2.1.2 基床性病害
• 2.1.3 其它病害
• 2.2 地质雷达病害探测的理论技术原理
• 2.3 车载雷达实施的技术难题
• 2.4 小结
• 第三章 雷达系统关键技术参数试验研究
• 3.1 雷达的组成及主要性能指标
• 3.1.1 主机
• 3.1.2 天线
• 3.2 天线主要性能测试分析
• 3.2.1 屏蔽效果
• 3.2.2 辐射功率
• 3.2.3 辐射角
• 3.2.4 衰减特性
• 3.2.5 发射波源信号特征
• 3.2.6 对地耦合效应
• 3.3 数据采集参数的选取
• 3.4 天线的耦合方式
• 3.4.1 模拟铁路实验场地试验
• 3.4.2 运营线上试验
• 3.5 车载雷达探测系统构成
• 3.6 小结
• 第四章 车载雷达信号处理关键算法研究
• 4.1 信号预处理
• 4.1.1 系统延迟校正
• 4.1.2 一维小波滤波
• 4.2 二维小波空间滤波
• 4.2.1 二维空间滤波的理论基础
• 4.2.2 实测数据的二维小波空间滤波
• 4.3 时空过滤筛法枕木绕射的压制
• 4.4 小波复信号分析法弱信号的提取
• 4.4.1 相位、频率分析法的优势
• 4.4.2 地质雷达数据的复信号分析
• 4.4.3 小波复信号分析
• 4.5 偏移成像
• 4.5.1 雷达数据的相位移偏移理论依据
• 4.5.2 实测数据的相位移偏移成像
• 4.6 数据处理流程及应用实例
• 4.7 小结
• 第五章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果