基于Stolt偏移的林木根系探地雷达SAR成像算法研究
发布时间：2019-07-25 13:12
【摘要】：林木根系作为树木获取营养与固定枝干的重要器官,由于其生长环境的特殊性导致人们取样困难不易观测,从而对其研究所取得的进展也较为缓慢。本文提出使用探地雷达进行林木根系原位无损探测的方法,有效地解决了人们取样困难的问题。并通过对林木根系探地雷达图像的处理,实现了林木根系在土壤中分布情况的原位测量与定位。文中主要对使用探地雷达进行林木根系探测过程与探测的林木根系探地雷达图像合成孔径反演成像算法进行研究。同时对所提出的算法通过实际探地雷达图像处理进行性能测试与分析。本文在研究过程中得到了国家自然科学基金资助项目(31270757/C201337)与广州园林科学研究所的支持,具体研究内容具体如下： (1)根据探地雷达图像处理顺序,对林木根系探地雷达图像杂波抑制方法进行研究。由于探地雷达图像所具有的特性与各种杂波特征,提出基于A-SCAN数据针对各种杂波的林木根系探地雷达杂波分类抑制算法。 (2)研究选取探地雷达探测处理方法中的两种常见方法进行研究分析,并结合林木根系探测目标的固有特点对两种算法的性能进行研究与预测评估,进行林木根系探地雷达图像反演成像算法的优选。 (3)为了完成探测目标的定位于根系反演成像,针对电磁波在土壤中传播速度估计算法进行研究。常见方法为探针插入土壤中取样,通过专业仪表测量土壤介电常数然后进行波速推算。由于该方法手续过于复杂,本文提出使用基于探地雷达图像处理技术的电磁波波速估计算法的研究。 (4)针对于根系探地雷达图像特征进行基于波动方程与Stolt偏移技术的林木根系探地雷达图像合成孔径反演成像算法的设计。通过对算法的改进使反演结果更加聚焦、成像结果定位更加精确,以达到根系原位无损探测定位的要求。 此外本文还对所设计的算法进行了探地雷达图像实际处理测试,根据对测试结果的分析,得出的算法的处理精度、算法稳定性和算法的适用范围均满足林木根系定位要求。
【图文】：
研究中使用了由美国Tree Radar公司生产的型号为TRU树木雷达的探地雷达进行林木根系探测实验和GPRMAXV2.0软件仿真。探地雷达如图1-1所示。图1-1探地雷达主机实物图图 ]-2探地雷达发射与接收天线实物图Fig.1-1 Host computer of ground penetrating radar Fig. 1-2 Antenna of ground penetrating radar由于?利用探地雷达进行地下目标探测时所使用的探测天线频率与探测的深度以及探测的分辨率存在矛盾关系。当选择较高的探测频率时可以得到较高的分辨率但是由于频率较高从而电磁波在土壤中衰减较强，从而导致探测深度不能满足探测要求；当选择较低探测频率是可以得到较深的探测深度，但是由于频率较低不能够满足分辨的要求。本次实验兼顾两个方面选择使用频率为9QQMH2的天线进行实验，使用的天线如图1-2所/JX 0本次实验在广州园林科学研究所实验基地进行，探测对象为广州地区较为常见树种木麻黄。实验现场如图1-3所示。-8 -
2探地雷达原理与林木根系探测特点下图2-5为探地雷达探测一个目标而得到的数据。图中水平的明暗交替的条纹则是由于地面反射和收发天线之间的耦合而形成的回波信号，明暗交替的双曲线则是由于被探测的目标反射而形成的回波信号构成的。 ____________ 卜：■■ I ?iiiMililUB I II M Mil I III ||> M—IMi—IIKI mi i lii|i H—1M—ii^l k |MWiiiMiiiiiM 'ii,A A/ \ / 、”f _图2-5探地雷达B-SCAN原始数据 图2-6探地雷达C-SCAN原始数据Fig.2-5 Original data of ground penetrating Fig.2-6 Original data of ground penetratingradar's B-SCAN radar's C-SCAN在利用探地雷达进行地下目标探测时一般需要探测一个区域范围内的数据从而实现地下三维的探测。通常将待探测区域划分为多道等间距测线然后依次进行测量，从而将每道探测线上得到的S-SC4W进行依次排列得到了 C-SC4iV数据，如图2-6所示：图中向下为探测深度在C-SCAN中使用时间表示，X方向为每个测线测得的B->SC4A^数据，3^方向为都条测线排列的方向。2.3 土壤中电磁波传播特性由子探地雷达进行地下目标探测时主要依靠电磁波在地下传输时遇到探测目标发生的散射与反射等完成地下目标探测的，所以探地雷达的具体探测环境对探地雷达的工作参数以及探测效果有很大关系。从而在使用探地雷达进行林木根系探测研究时需要对电磁波在地下传输特性以及电磁波在不同电性质的介质中传播时发生的散射与反射的特性进行分析。本章将对电磁波的传输特性以及与传输介质的关系和电磁波传输的速度进行研究。人们对于土壤的介电常数的研究目前己经在世界各地^u展^u来，并且取得了一定的成果。通过目前人们对土壤电特性的研究可以看出
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN957.52;S758.1
本文编号：2519106
【图文】：
研究中使用了由美国Tree Radar公司生产的型号为TRU树木雷达的探地雷达进行林木根系探测实验和GPRMAXV2.0软件仿真。探地雷达如图1-1所示。图1-1探地雷达主机实物图图 ]-2探地雷达发射与接收天线实物图Fig.1-1 Host computer of ground penetrating radar Fig. 1-2 Antenna of ground penetrating radar由于?利用探地雷达进行地下目标探测时所使用的探测天线频率与探测的深度以及探测的分辨率存在矛盾关系。当选择较高的探测频率时可以得到较高的分辨率但是由于频率较高从而电磁波在土壤中衰减较强，从而导致探测深度不能满足探测要求；当选择较低探测频率是可以得到较深的探测深度，但是由于频率较低不能够满足分辨的要求。本次实验兼顾两个方面选择使用频率为9QQMH2的天线进行实验，使用的天线如图1-2所/JX 0本次实验在广州园林科学研究所实验基地进行，探测对象为广州地区较为常见树种木麻黄。实验现场如图1-3所示。-8 -
2探地雷达原理与林木根系探测特点下图2-5为探地雷达探测一个目标而得到的数据。图中水平的明暗交替的条纹则是由于地面反射和收发天线之间的耦合而形成的回波信号，明暗交替的双曲线则是由于被探测的目标反射而形成的回波信号构成的。 ____________ 卜：■■ I ?iiiMililUB I II M Mil I III ||> M—IMi—IIKI mi i lii|i H—1M—ii^l k |MWiiiMiiiiiM 'ii,A A/ \ / 、”f _图2-5探地雷达B-SCAN原始数据 图2-6探地雷达C-SCAN原始数据Fig.2-5 Original data of ground penetrating Fig.2-6 Original data of ground penetratingradar's B-SCAN radar's C-SCAN在利用探地雷达进行地下目标探测时一般需要探测一个区域范围内的数据从而实现地下三维的探测。通常将待探测区域划分为多道等间距测线然后依次进行测量，从而将每道探测线上得到的S-SC4W进行依次排列得到了 C-SC4iV数据，如图2-6所示：图中向下为探测深度在C-SCAN中使用时间表示，X方向为每个测线测得的B->SC4A^数据，3^方向为都条测线排列的方向。2.3 土壤中电磁波传播特性由子探地雷达进行地下目标探测时主要依靠电磁波在地下传输时遇到探测目标发生的散射与反射等完成地下目标探测的，所以探地雷达的具体探测环境对探地雷达的工作参数以及探测效果有很大关系。从而在使用探地雷达进行林木根系探测研究时需要对电磁波在地下传输特性以及电磁波在不同电性质的介质中传播时发生的散射与反射的特性进行分析。本章将对电磁波的传输特性以及与传输介质的关系和电磁波传输的速度进行研究。人们对于土壤的介电常数的研究目前己经在世界各地^u展^u来，并且取得了一定的成果。通过目前人们对土壤电特性的研究可以看出
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN957.52;S758.1
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 方广有,张忠治,汪文秉;无载频脉冲探地雷达性能分析及其FD—TD法数值模拟计算[J];电波科学学报;1997年01期
2 李廷军;周正欧;;探地雷达中双曲线的提取及在波速估计中的应用[J];电波科学学报;2008年01期
3 张安学,蒋延生,汪文秉;探地雷达频率波数域速度估计和成像方法的实验研究[J];电子学报;2001年03期
4 方广有,佐藤源之;频率步进探地雷达及其在地雷探测中的应用[J];电子学报;2005年03期
5 张春城,周正欧;浅地层探地雷达自动目标检测与定位研究[J];电子与信息学报;2005年07期
6 黄琪;闫光辉;;路用探地雷达检测信号的缺陷识别试验[J];公路交通科技;2011年10期
7 贾辉;陈昌彦;白朝旭;苏兆锋;肖敏;;城市道路病害检测中常见干扰源探地雷达图像特征分析[J];工程勘察;2012年11期
8 何蒙奎;陆云祥;;探地雷达在市政工程中的应用[J];工程勘察;2009年S2期
9 孙佳;;小型合成孔径雷达卫星技术一瞥[J];国际太空;2012年09期
10 周子超;李重阳;;微波近场成像方法研究[J];火控雷达技术;2010年04期
，本文编号：2519106
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/2519106.html
