基于理想界面及高斯粗糙面的探地雷达透射极化旋转分析与校正

发布时间：2020-07-19 09:45

【摘要】：探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)是一种利用天线发射和接收高频电磁波来探测介质内部物质特性和分布规律的地球物理方法。它是一种高精度且无破坏性的方法,它具有采集数据速度快,抗干扰的能力强等特点,因此,探地雷达被广泛应用于工程、考古、农业、水文、军事等领域。传统的探地雷达只利用一种天线进行数据采集,只能得到目标体的单一极化数据,它并不能完整的描述目标体的各种性质。全极化探地雷达是一种新的探地雷达技术,它利用四种不同的极化方式的天线对目标体进行测量,能够接收不同极化方向的电磁波用于描述目标体的变极化效应。全极化探地雷达一般利用散射矩阵来描述目标体的散射特性,散射矩阵包含用4种不同极化天线测量得到的4个分量,通过分析这些分量的相互关系,可以获得目标体更全面的极化信息。然而,在实际应用中,探地雷达采集的极化信息是一个复杂的信息,不仅包含了地下目标体的散射属性,同时包含了来自地表界面、土壤等的散射属性。这些极化干扰信息阻碍了全极化探地雷达在复杂浅表层介质中获得高质量的目标散射矩阵,影响了有效利用极化信息提高探测精度,如果获得更加准确的地下目标体的散射属性,就能对目标体的几何属性以及结构属性进行更加准确地分析,提高分析的准确度。论文主要从以下方面进行介绍:1.介绍了理想界面下,垂直极化波和平行极化波在通过界面时的透射系数公式,在此基础上分析了理想界面极化旋转产生的原因以及理想界面极化旋转对目标散射矩阵的影响。2.介绍了高斯粗糙界面下,垂直极化波和平行极化波通过界面时的透射散射系数公式,然后分析了不同极化方向电磁波穿过粗糙面时,透射散射系数与散射角、散射方位角、极化方式的关系,在此基础上分析了粗糙界面极化旋转对目标散射矩阵的影响。3.基于理想界面和粗糙界面极化旋转对目标散射矩阵的影响推导了理想界面及高斯粗糙界面极化旋转校正公式。4.在实验室中测量了平面板及方向角为45°的二面角的全极化数据,分别用理想界面极化校准方法和高斯粗糙界面极化校准方法对其进行了极化校正,得到了校正之后的散射矩阵。5.分别计算了用理想界面及高斯粗糙界面极化旋转校正方法校正之后的散射矩阵与相应目标体标准散射矩阵的极化散射相关系数,并用此系数对比分析两种校准方法的校准的效果。从结果可以看出,高斯粗糙面极化旋转校正方法比理想界面极化校正方法更准确。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P631.3
【图文】：

第 1 章 绪论雷达的研究现状地雷达的基本原理达是一种对地下目标体进行探测的浅层探测技术，它被广工程、考古、水文、军事。探地雷达工作的基本工作原理向地下发射一系列的高频电磁波（1 MHz ~ 1 GHz），电差异的界面或目标体时会发生反射和透射，然后在地面用接收，通过对接收到的电磁波信号进行分析计算，就可以形、强度、时间等信息推断地下介质的空间位置、结构、而达到对地下底层或目标体的探测[28]-[32]。其工作原理

迹为不同的形状，以这些形状为标准进行分类极化波、椭圆极化波。通常情况下，简谐电圆，当电场强度的两个垂直分量及其相位差取化波。图 2.1 中为简谐电磁波的矢端轨迹椭圆

分量的关系见图 2.2。电场与 x 轴的夹角为 ()0,0,00CC为常数EEEtEttgxyxy 看出，合成电场矢量的模虽然是时间 t 的函数直线上，因此我们称它为线极化波。

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本文编号：2762248