探地雷达信号的小波分析与钢筋检测

论文摘要

探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)在结构检测方面作为一种新型的无损检测技术，具有探测效率高，精度高，频带宽，抗干扰能力强等许多优点。因此探地雷达在工程结构、城市建设、水文勘测、环境工程、考古等领域得到了日益广泛的应用。与实际应用的迅速发展相比，探地雷达在信号处理方面的研究进展却相对缓慢。雷达信号处理的目的是消除干扰，提取各种有用参数，提高目标识别精度。混凝土结构中，钢筋的探测是雷达探测的一个重点，其中钢筋直径的探测更是一个长期未能解决的难题。由于雷达波对钢筋的反射信号是一个瞬变信号，而小波分析正是处理瞬变信号的有效方法。本文分析了传统的连续小波变换和离散小波变换的优缺点，尝试利用静态小波变换的方法来提取雷达信号中所蕴含的信息。雷达信号经过小波变换后得出的细节系数，蕴含着能够反映钢筋直径的信息。我们通过两种方法来提取信息辨别钢筋直径。一是利用小波系数成像法，找到代表钢筋的特定区域，通过比拟的方法得到钢筋直径，这个方法在一定范围内取得了较好的效果。二是小波系数确定钢筋影响范围法，通过具体分析symlet小波系数矩阵，在不同的时间点处，钢筋的存在对数值的突变有着一定的影响，通过分析钢筋对数值突变影响的范围来确定钢筋直径。结果证明，方法二与方法一相比较有了很大的进步，在钢筋直径的辨别上更加精确，而且辨别范围也更加广。本文提取的参数为下一步的神经网络识别提供了更加丰富和有效的参数，同时本文也为下一步的研究提供了了方向——人工神经网络对特征参数的自动识别。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 探地雷达技术及其工程应用
• 1.1.1 探地雷达技术简介
• 1.1.2 探地雷达的发展概况
• 1.2 小波变换理论处理探地雷达信号的简要介绍
• 1.2.1 雷达探测的主要问题
• 1.2.2 雷达信号处理技术的研究和发展现状
• 1.2.3 小波变换处理雷达信号的优点
• 1.2.4 小波理论处理雷达信号存在的问题
• 1.2.5 小波理论在雷达中应用的进展
• 1.3 本文的工作
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究目标和内容
• 1.3.3 研究方案
• 第二章 探地雷达技术
• 2.1 探地雷达的技术参数
• 2.1.1 工作原理
• 2.1.2 技术参数
• 2.2 探地雷达图像的解释
• 第三章 小波分析的基本理论
• 3.1 小波变换理论的提出
• 3.2 小波变换的发展历史
• 3.3 小波分析的定义与特点
• 3.4 小波函数的重要性质
• 3.5 几种重要小波的介绍
• 3.5.1 Harr 小波
• 3.5.2 Daubechies（dbN） 小波
• 3.5.3 Morlet 小波
• 3.5.4 Symlet 小波
• 3.5.5 其它小波
• 第四章 钢筋检测方案
• 一、同一直径不同埋深
• 二、同一埋深不同直径
• 三、相邻钢筋间的影响
• 四、钢筋网对下层钢筋的影响
• 第五章 基于静态小波变换的钢筋直径检测
• 5.1 钢筋直径的探地雷达检测法简介
• 5.2 静态小波的简要历史和应用
• 5.3 静态小波变换理论及算法
• 5.4 小波系数成像法
• 5.5 小波系数成像法的应用范围
• 5.6 结论
• 第六章 小波系数确定钢筋影响范围法
• 6.1 小波函数的选取
• 6.2 小波系数确定钢筋影响范围法
• 6.2.1 方法原理
• 6.2.2 钢筋直径的判别
• 6.3 结果检验
• 6.4 结论
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要研究成果
• 7.2 本研究的不足之处
• 7.3 未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢