清雪车GPR探测信号滤波与障碍物成像技术研究

清雪车GPR探测信号滤波与障碍物成像技术研究

论文摘要

本文结合国家经贸委“多功能路面清雪车”项目进行研究。为使清雪车能够实现实时自动避障,利用探地雷达(GPR)对积雪路面进行探测,研究GPR探测回波信号的实时滤波处理和障碍物的实时成像技术,为障碍信号的实时提取及雪铲避障的自动控制研究奠定基础。在理论分析及实验验证的基础上,对遵循电磁波传播规律的GPR无损探测技术应用于清雪车除雪作业的积雪路面探测的可行性进行分析、论证;应用小波理论的Mallat算法(多分辩率分析算法)对GPR回波信号进行分解和重构,实现GPR探测回波信号的一维滤波实时处理;计算机仿真及实验验证了Daubechies小波对积雪路面GPR探测回波信号滤波处理的有效性、实时性;依据地震波运动学,采用Stolt偏移算法,实现GPR探测积雪路面障碍的实时合成孔径成像,并采用小波理论的二元多分辩率分析算法对障碍图像进行分解与重构,实现障碍图像的实时增强,达到提高清雪车操作人员可视性监控的目的。

论文目录

  • 提要
  • 第1章 绪论
  • 1.1 选题背景
  • 1.2 课题研究的目的与意义
  • 1.3 国内外相关技术研究发展概况
  • 1.3.1 冰雪清除技术发展概况
  • 1.3.2 信号分析发展概况
  • 1.3.3 探地雷达信号分析与处理技术发展概况
  • 1.3.4 小波理论的发展及其在GPR 信号处理中的应用
  • 1.4 本文主要研究内容
  • 第2章 积雪路面探测方法分析与选择
  • 2.1 探测方法对比分析
  • 2.1.1 声波探测分析
  • 2.1.2 电磁波探测分析
  • 2.2 电磁波在媒质中传播的特性分析
  • 2.2.1 电磁波波动方程
  • 2.2.2 电磁波在介质中的传播
  • 2.3 探地雷达的基本组成与相关性能指标
  • 2.3.1 基本组成
  • 2.3.2 相关性能指标
  • 2.4 探地雷达用于积雪路面的探测性能分析
  • 2.4.1 探测深度分析
  • 2.4.2 分辨率分析
  • 2.5 探地雷达应用的验证性实验
  • 2.5.1 相关性能指标的选取
  • 2.5.2 实验过程
  • 2.6 本章小结
  • 第3章 GPR 探测信号分析的方法与选择
  • 3.1 信号分析综述
  • 3.2 傅立叶变换
  • 3.3 短时傅立叶变换与信号的时频局部化分析
  • 3.4 小波变换
  • 3.4.1 小波函数
  • 3.4.2 连续小波变换
  • 3.4.3 离散小波变换
  • 3.5 算法和小波的选择
  • 3.5.1 算法选择
  • 3.5.2 小波选择
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 一维滤波实验验证与分析
  • 4.1 多分辨率分析(MRA)
  • 4.2 MALLAT 算法
  • 4.2.1 双尺度方程
  • 4.2.2 尺度空间的分解
  • 4.2.3 分解算法
  • 4.2.4 重构算法
  • 4.3 信号处理实例分析
  • 4.3.1 实验数据
  • 4.3.2 小波去噪的模拟及效果对比验证
  • 4.3.3 手测实验时的数据处理
  • 4.3.4 车载实验时的数据处理
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 探地雷达回波信号的二维成像处理
  • 5.1 探地雷达图像数据特性
  • 5.2 探地雷达回波信号二维成像处理
  • 5.2.1 成像原理与算法
  • 5.2.2 探地雷达回波信号成像
  • 5.3 探地雷达回波信号图像的增强处理
  • 5.3.1 小波图像增强算法
  • 5.3.2 增强处理的探地雷达回波信号图像
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 致谢
  • 导师简介
  • 作者简介
  • 相关论文文献

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