车载探地雷达天线特性分析及其成像处理研究

发布时间：2017-10-08 10:42

  本文关键词：车载探地雷达天线特性分析及其成像处理研究

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【摘要】：铁路隧道衬砌病害(例如衬砌裂损、坍塌、空洞等)严重威胁着行车安全与正常运营,所以寻找一种有效的检测手段迫在眉睫。探地雷达无损检测技术(Ground Penetrating Radar, GPR)是目前普遍采用的检测方式。可是,采用人工手持GPR的方法在维修天窗内进行病害检测的方式,已远不能满足在较短时间内完成我国铁路隧道病害普查和定期健康检查的任务。 近几年来,我国铁路部门逐渐开展研究铁路隧道衬砌车载检测方法,这种方法具有经济、有效、快速、连续、多通道等优势,在隧道病害检测中展现出巨大的应用潜力。但是在检测电气化铁路隧道衬砌过程中有一个重要的问题：车载方式检测需要空气耦合天线离衬砌表面一定的距离进行作业,这样采集图像中会存在接触网的影响。为了减少接触网的杂波作用,本论文主要从优化作业方案与模型处理方法两方面展开研究。主要工作总结如下： (1)提出了双基站的350MHZ空气耦合天线半功率波瓣宽度的测量方法。通过实验得到时域宽频带双基站350MHZ空气耦合天线在远场范围的半功率波瓣宽度为68°。当天线波束中心线与地面垂直时,探测范围近似为一个圆,且天线到目标的距离与探测范围的最大有效长度相等。 (2)提出了测试简单悬挂方式的接触网在不同天线方式与水平距离下的杂波作用规律的实验方法。通过实验得到以下结论：对于天线沿垂直接触线方向运动的情况,当天线与接触线平行时,采集所得接触线与吊弦夹的图像很模糊,当天线与接触线垂直时,图像很清晰,并且吊弦夹以双曲线的形式显示在图像中；对于天线沿平行接触线方向运动的情况,接触线与吊弦夹的振幅强度随着天线距离接触线的水平距离的增大而减小；且当天线与接触线平行时,影响较小,当距离大于75cm时,振幅所占比例低于40%。 (3)引入了基于合成孔径的目标偏移算法与分层处理方法。通过处理车载GPR检测隧道衬砌的数据,结果表明,这样的处理方法有效地削弱了接触网的影响,保留了深层有用目标信号,有助于目标的解译。此外,对于处理探地雷达采用空气耦合天线远距离测量的数据具有很大的应用价值。
【关键词】：车载探地雷达 空气耦合天线 电气化铁路检测 合成孔径偏移算法
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U452.11;P232
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外隧道检测设备研究现状12-13
• 1.3 国内外探地雷达图像偏移技术的研究现状13-15
• 1.4 本文研究目的与内容15-16
• 1.5 论文组织结构16-17
• 第2章 探地雷达(GPR)基础理论17-29
• 2.1 电磁波在均匀介质中的传播理论17-19
• 2.2 GPR探测原理19-21
• 2.3 探地雷达分辨率21-24
• 2.3.1 探地雷达距离向分辨率21-23
• 2.3.2 探地雷达方位向分辨率23-24
• 2.4 GPR的扫描方式24-27
• 2.4.1 A-scan与一维距离剖面24-25
• 2.4.2 B-scans与点目标双曲线的形成25-27
• 2.5 GPR的回波信号模型27-28
• 2.6 小结28-29
• 第3章 GPR天线波瓣宽度测量及受接触网影响的分析29-44
• 3.1 概述29-30
• 3.2 GPR空气耦合天线的波瓣宽度测量30-37
• 3.2.1 波瓣宽度介绍30-31
• 3.2.2 HDB-350MHZ天线介绍31-32
• 3.2.3 波瓣宽度测量实验方案32-34
• 3.2.4 实验结果与分析总结34-37
• 3.3 接触网对天线影响的模拟研究37-43
• 3.3.1 接触网简介37-38
• 3.3.2 模拟实验方案38-40
• 3.3.3 实验结果与分析总结40-43
• 3.4 小结43-44
• 第4章 基于合成孔径的车载GPR目标探测偏移算法44-59
• 4.1 探地雷达目标偏移原理44-45
• 4.2 合成孔径成像原理45-46
• 4.3 基于合成孔径的探地雷达目标偏移算法46-57
• 4.3.1 基本原理46-48
• 4.3.2 合成孔径偏移的傅里叶变换48-51
• 4.3.3 合成孔径偏移的插值问题51-53
• 4.3.4 合成孔径偏移的爆炸源模型53-55
• 4.3.5 合成孔径偏移的电磁假设55-56
• 4.3.6 基于合成孔径的目标偏移算法的特点56-57
• 4.4 等效波场与分层处理模型57-58
• 4.5 小结58-59
• 第5章 基于合成孔径偏移算法的实验与结果分析59-69
• 5.1 管道偏移成像实验59-64
• 5.1.1 实验数据参数59-60
• 5.1.2 电磁波在介质中的速度估计60
• 5.1.3 数据预处理60-62
• 5.1.4 偏移处理与结果分析62-64
• 5.2 接触网实例数据分层处理与结果分析64-67
• 5.2.1 实验数据64-65
• 5.2.2 数据预处理65-66
• 5.2.3 偏移处理与结果分析66-67
• 5.3 结论67-69
• 总结与展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-79

【参考文献】

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本文编号：993569