全极化探地雷达正演模拟及典型目标体在砂层中的极化校准

发布时间：2017-09-25 08:32

  本文关键词：全极化探地雷达正演模拟及典型目标体在砂层中的极化校准

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【摘要】：探地雷达是以向地下辐射电磁能和接受从目标体反射回来的电磁波及其回波特性的方式进行工作,通过分析回波特性,进而判断浅层地层介质内部物质分布状态以及构造的一种地球物理探测方法。它具有高分辨率、高效率等优点,目前已经广泛地应用于工程、环境、资源等浅部地球物理探测领域。但是,探地雷达与其他地球物理勘探手段一样,本身也有一定的局限性,主要是指其探测深度小、多次波和其他杂波干扰严重、传统探地雷达单极化收发方式获取信息量有限,以及天线与地表耦合情况复杂等,暂时无法解决的缺陷。传统探地雷达由于其单极化收发方式,丢失了大量反射体的其他极化信息。本文应用全极化探地雷达系统,增加了保持发射天线极化方式不变,接收天线与其中心垂直的交叉极化收发模式。因此规定,和测线方向平行的情况为H极化,和测线方向垂直的情况为V极化。当发射天线与接收天线均平行于测线方向时为HH模式,当两者均垂直与测线方向时为VV模式,当发射天线或接收天线平行于测线方向,而另外一个垂直于测线方向时为HV或VH模式,其中HH、VV为共极化模式,HV、VH为交叉极化模式。基于以上天线极化模式而发展出全极化探地雷达系统,通过分析反射体反射信号矢量分量及其性质,能更精确地得到地质体的结构和几何形态等方面的信息。全极化探地雷达系统在进行测量之后要进行校准,起目的就是对包括硬件系统以及数据采集环境所引起的干扰进行调整。如果不对全极化探地雷达测量的数据进行振幅和相位校准,那么得到的测量结果与反射体的真实情况会产生较大误差。进行极化雷达系统校准的目的是确定极化散射矩阵的四个测量通道增益,增益包括振幅与相位,同时还要估计由发射天线和接受天线引起的交叉极化畸变增益。将以上校准参数确定之后就可以在获得的数据中去除系统响应从而得到相对准确的结果。本文利用三维时域有限差分方法建立正演模拟程序,对典型反射体进行正演模拟,将反射体埋于砂层中获得典型反射体不同旋转角度下的极化特征响应,并对砂层中二面角反射体的数据进行极化校准,从而提高全极化探地雷达系统在砂层中对目标体的识别能力。
【关键词】：全极化探地雷达系统 极化校准 雷达散射截面 时域有限差分 正演模拟 极化散射矩阵
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11
• 1.2 探地雷达的发展与应用11-13
• 1.2.1 探地雷达基本原理11-12
• 1.2.2 探地雷达的发展与应用12-13
• 1.3 极化探地雷达的发展13-14
• 1.4 论文的内容及结构14-16
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 论文结构15-16
• 1.5 论文创新点16-17
• 第二章 极化探地雷达系统校准技术的研究内容与方法17-24
• 2.1 全极化探地雷达采集系统17-20
• 2.1.1 极化探地雷达基本原理17-18
• 2.1.2 全极化探地雷达采集系统18
• 2.1.3 信号的数据形式18-20
• 2.2 雷达系统校准原理20-23
• 2.2.1 整体系统校准原理20-21
• 2.2.2 系统校准技术方法21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 典型目标体的全极化探地雷达正演模拟24-47
• 3.1 全极化探地雷达正演模拟方法24
• 3.2 麦克斯韦方程组及其FDTD形式24-32
• 3.3 解的稳定性及数值色散32-34
• 3.4 吸收边界条件与激励源34-37
• 3.5 典型目标体的正演模拟37-45
• 3.5.1 矩形金属板的极化特征描述37-42
• 3.5.2 金属圆柱体的极化特征描述42-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第四章 极化探地雷达系统校准技术47-68
• 4.1 极化散射矩阵与雷达散射截面47-48
• 4.2 极化探地雷达校准技术48-67
• 4.2.1 球体的雷达散射截面48-50
• 4.2.2 矩形平面板的雷达散射截面50-52
• 4.2.3 圆柱体的雷达散射截面52-55
• 4.2.4 二面角反射器的雷达散射截面55-57
• 4.2.5 极化校准公式的推导57-63
• 4.2.6 极化校准测试63-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 结论68-69
• 5.1 结论68
• 5.2 论文存在的不足及建议68-69
• 参考文献69-74
• 作者简介及在学期间所获得的科研成果、参加的科研项目74-75
• 后记和致谢75

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本文编号：916417