路用地质雷达回波信号处理方法研究

论文摘要

路用地质雷达是近些年发展起来的一种无损检测设备,与传统公路检测方法相比,路用地质雷达具有不损坏路面,探测速度快,探测过程连续,分辨率高,操作方便灵活,探测费用低,探测范围广等优点。因此,路用地质雷达在国内外的公路工程中已经得到广泛的应用。然而,与地质雷达设备的较快发展相比,路用地质雷达回波信号处理算法发展缓慢,这严重影响了路用地质雷达的推广应用,所以,对路用地质雷达回波信号处理方法进行研究具有重大的现实意义。本文首先分析了电介质中电磁波的传播规律,讨论了地质雷达的基本原理及其体制,创建了获取路用地质雷达原始数据的方法。其次,提出了适合于路用地质雷达信号处理的降噪方法（小波变换与K-L变换相结合降噪法）;研究了雷达回波信号的瞬时频率提取方法;应用时域有限差分算法,正演模拟了理想介质条件下不同形状目标体的回波图像。然后,以基于时频分析的瞬时频率提取方法和正演模拟图像为基础,建立了基于回波图像特征的目标空间位置定位方法,和基于回波信号时频特性的目标分类识别方法。最后,本文利用实测数据进行了实验,实验结果表明:所建立的方法成功实现了异常体的目标分类识别和空间位置定位,具有较大的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 国内外地质雷达研究现状
• 1.2.1 国外地质雷达研究概况
• 1.2.2 国内地质雷达研究概况
• 1.3 地质雷达在路桥工程中的应用
• 1.3.1 地质雷达在隧道工程中的应用
• 1.3.2 地质雷达在道路工程中的应用
• 1.4 路用地质雷达信号处理的发展现状及存在的问题
• 1.4.1 地质雷达回波信号处理的发展现状
• 1.4.2 公路检测用地质雷达数据处理中存在的问题
• 1.5 本文的内容安排和所作的主要工作
• 1.5.1 本文内容安排
• 1.5.2 本文主要研究的内容
• 第二章 电介质中电磁波的传播和散射
• 2.1 土壤中的电磁波传播及其特性
• 2.2 电介质界面处的反射和传播
• 2.3 目标的散射
• 2.4 有耗媒质中的雷达方程
• 2.5 本章小结
• 第三章 地质雷达的基本原理及其体制
• 3.1 地质雷达的基本原理
• 3.2 不同体制的GPR 系统
• 3.3 冲激地质雷达
• 3.4 步进变频连续波GPR（SFCW-GPR）
• 3.5 冲激雷达和步进变频雷达的性能比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 路用地质雷达回波信号的预处理
• 4.1 路用地质雷达原始数据的读取
• 4.1.1 地质雷达的数据存储格式
• 4.1.2 原始数据的读取
• 4.2 路用地质雷达回波信号的数据编辑
• 4.3 回波信号的降噪处理
• 4.3.1 压制随机噪声的基本方法及其存在的问题
• 4.3.2 小波变换的原理分析
• 4.3.3 路用地质雷达小波变换降噪方法研究
• 4.3.4 噪声估计方法，阀值设定方法以及分解次数对降噪效果的影响
• 4.4 相关干扰的去除方法
• 4.4.1 K-L 变换及其基本性质
• 4.4.2 去除相关干扰的原理及方法步骤
• 4.5 降噪处理的应用实例
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于时频分析的瞬时频率提取
• 5.1 可用于地质雷达目标分类识别的特征参数分析
• 5.1.1 表征地质雷达信号的瞬时参数
• 5.1.2 瞬时参数随时间的变化情况分析
• 5.1.3 瞬时参数特征点的位置关系
• 5.2 基于时频分析的特征参数提取方法
• 5.2.1 瞬时频率估计方法分析
• 5.2.2 时频分析仿真试验
• 5.3 特征参数提取实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 路用地质雷达的目标分类识别与空间位置定位研究
• 6.1 不同目标体的反射图像特征研究
• 6.1.1 时域有限差分方法的原理分析
• 6.1.2 时域有限差分方法二维数值模拟仿真
• 6.2 目标分类识别与空间定位方法分析
• 6.2.1 基于回波图像特征的目标空间位置定位方法
• 6.2.2 基于回波信号时频特性的目标分类识别方法
• 6.3 目标定位与分类识别实例
• 6.4 本章小结
• 结论
• 1. 总结
• 2. 下一步研究方向展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢