分层介质的探地雷达信号波速估计及成像算法研究
发布时间：2020-12-12 23:00
探地雷达,也叫做地表穿透雷达（GPR）,是利用电磁波在不同介质之间的传播规律,对地下环境进行参数反演、成像、检测、识别的一种现代无损的对地探测技术。与对空雷达不同,在探地雷达的探测环境中,对象常为各种土壤、公路材料、水等,不仅不同类型的材料的电磁特性相差很大,而且在同一物质中,其电磁特性也随着外界空气湿度、温度等影响而改变。由于电磁特性决定了波场传播的速度,波速作为GPR成像的重要参数之一,决定了其聚焦能力的好坏。在常见的波速估计算法中,往往对于剖面法探测的GPR进行设计的很少。另一方面,在很多工作环境中,如公路、桥梁、甚至是月壤都是层状介质结构,这给波速估计、成像算法提出了更高的要求。本文针对分层介质环境,对剖面法进行探测的GPR的波速估计、成像算法进行研究。由于GPR原始回波中包含了强烈的地表反射波,和来自系统及环境的噪声,本文首先对其回波数据进行预处理。为后处理提供了良好的回波数据后,利用图像熵和频率-波数域（F-K）偏移结合的算法,从单层介质出发进行波速估计,再对F-K算法进行改进,提出了可以进行下层介质估计的分层介质波速估计算法。由于后向投影（BP）算法模型简单、可移植性强,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A-scan数据
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-图2-2A-scan数据图2-3B-scan数据2.2.2电磁波的传播特性电磁波的传播规律可由Maxwell方程组[59]进行准确表达。式(2-1)~式(2-4)表示了电磁场量之间的依赖关系。其中t代表时间(s)，E和B分别是电场(A/m)和磁感应强度(V/m)，代表磁场强度是电荷密度()3C/m，D是电位移()2C/m。BEt=(2-1)DHJt=+(2-2)B=0(2-3)D=(2-4)在自然界中大部分介质都不是完全均匀、各向同性的，但是在环境不是特别恶劣的条件下，我们可以将介质看作是近似均匀和各向同性的理想条件，本构关系为：J=E(2-5)D=E(2-6)BH=(2-7)其中是电导率(S/m)，是磁导率(H/m)，是介电常数(F/m)。故我们可以简化Maxwell方程组如公式(2-8)~(2-11)所示。称为在各向同性且均匀的介质下限定式的Maxwell方程组[60]。HEt=(2-8)EHJt=+(2-9)(H)=0(2-10)
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-14-1)必要命令：模型大小和离散化参数；2)常规命令：对模型的细节控制；3)材料命令：设置材料的电磁特性参数；4)对象构建：用于描述工作场景及目标的几何形状；5)天线源设置：设置天线参数、位置及步长等；6)PML命令：对吸收边界进行设置的高级命令。在本论文中，将实现两个模型的正演仿真，由于篇幅限制将示例其中一个模型的输入文件，如下表2-2所示：表2-2模型.in文件示例命令类型命令语句必要命令#domain:2.50.0021.5#dx_dy_dz:0.0020.0020.002#time_window:12e-9材料命令#material:501.10my_sand天线源设置#waveform:ricker11.5e9my_ricker#hertzian_dipole:y0.16201.42my_ricker#rx:0.16201.42#src_steps:0.0200#rx_steps:0.0200对象构建#box:0002.50.0021.4my_sand#cylinder:0.6010.60.00210.04pec#cylinder:1.601.251.60.0021.250.02pec#geometry_view:0002.50.0021.50.0020.0020.002onen由命令可以看出，模型区域是2.50.0021.5(m)的一个三维区域，离散化步长为0.002m,其中PML吸收边界默认为十个步长值，时间窗为12ns，设置了一个材料：相对介电常数为5的沙子，系统内置金属材料因此不必设置。图2-4雷克子波关于天线方面，收发天线均为点源，发射信号为1.5MHz的雷克子波，如图2-4所示，是探地雷达常用的脉冲信号，收发天线在同一位置，同时向前移动，步长
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于共中心点道集约束的探地雷达波阻抗反演[J]. 戴前伟,宁晓斌,张彬. 煤田地质与勘探. 2020(03)
[2]高密度电阻率法和探地雷达在北京市延庆区泥石流灾害勘查中的应用[J]. 李英宾,张占彬,宋振涛,李毅,孙永彬,张伟. 矿产勘查. 2020(04)
[3]基于马氏距离模板特征的地雷目标识别研究[J]. 王成浩,程丹丹. 物探与化探. 2019(04)
[4]探地雷达在水下考古中的机遇与挑战[J]. 赵永辉,毕文达,安聪,覃谭,胡书凡. 中国港口. 2019(S1)
[5]小波变换与SVD结合消除随机噪声的研究及应用[J]. 宋林. 物探化探计算技术. 2018(06)
[6]探地雷达信号杂波抑制[J]. 郑俊,刘婉萍,马念茹,陈晓亮. 电子测量技术. 2018(21)
[7]探地雷达在道路结构层厚度检测中的应用[J]. 胡艳杰,余湘娟,高磊,韩学武,邢欢欢. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(04)
[8]低频探地雷达探测冻土带天然气水合物正演模拟研究[J]. 白大为,杜炳锐,方慧,张鹏辉,仇根根,裴发根,何梅兴. 物探与化探. 2017(06)
[9]地质雷达探测技术在水工隧洞检测中的应用[J]. 李焱,邹晨阳. 江西水利科技. 2017(05)
[10]基于信息熵特征的超宽带探地雷达快速BP成像算法[J]. 程生见,欧阳缮,廖桂生. 桂林电子科技大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]探月雷达方法技术研究及嫦娥三号雷达数据解释[D]. 张领.吉林大学 2019
[2]探地雷达信号分辨率提高方法研究[D]. 张丽丽.吉林大学 2012
[3]探地雷达成像技术研究[D]. 周琳.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]车载GPR数据合成孔径聚焦成像技术研究[D]. 熊洪强.西南交通大学 2018
[2]探地雷达信号预处理及成像技术[D]. 王亚梁.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于HOUGH变换的林木根系探地雷达图像处理与波速估计[D]. 杨鑫.东北林业大学 2014
[4]探地雷达中的逆时偏移及速度估计[D]. 张彬.中南大学 2010
[5]有耗色散地质介质中的GPR脉冲传播研究[D]. 李庆伟.成都理工大学 2008
[6]有限差分法探地雷达波动方程偏移[D]. 李广场.河海大学 2004
本文编号：2913425
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A-scan数据
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-图2-2A-scan数据图2-3B-scan数据2.2.2电磁波的传播特性电磁波的传播规律可由Maxwell方程组[59]进行准确表达。式(2-1)~式(2-4)表示了电磁场量之间的依赖关系。其中t代表时间(s)，E和B分别是电场(A/m)和磁感应强度(V/m)，代表磁场强度是电荷密度()3C/m，D是电位移()2C/m。BEt=(2-1)DHJt=+(2-2)B=0(2-3)D=(2-4)在自然界中大部分介质都不是完全均匀、各向同性的，但是在环境不是特别恶劣的条件下，我们可以将介质看作是近似均匀和各向同性的理想条件，本构关系为：J=E(2-5)D=E(2-6)BH=(2-7)其中是电导率(S/m)，是磁导率(H/m)，是介电常数(F/m)。故我们可以简化Maxwell方程组如公式(2-8)~(2-11)所示。称为在各向同性且均匀的介质下限定式的Maxwell方程组[60]。HEt=(2-8)EHJt=+(2-9)(H)=0(2-10)
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-14-1)必要命令：模型大小和离散化参数；2)常规命令：对模型的细节控制；3)材料命令：设置材料的电磁特性参数；4)对象构建：用于描述工作场景及目标的几何形状；5)天线源设置：设置天线参数、位置及步长等；6)PML命令：对吸收边界进行设置的高级命令。在本论文中，将实现两个模型的正演仿真，由于篇幅限制将示例其中一个模型的输入文件，如下表2-2所示：表2-2模型.in文件示例命令类型命令语句必要命令#domain:2.50.0021.5#dx_dy_dz:0.0020.0020.002#time_window:12e-9材料命令#material:501.10my_sand天线源设置#waveform:ricker11.5e9my_ricker#hertzian_dipole:y0.16201.42my_ricker#rx:0.16201.42#src_steps:0.0200#rx_steps:0.0200对象构建#box:0002.50.0021.4my_sand#cylinder:0.6010.60.00210.04pec#cylinder:1.601.251.60.0021.250.02pec#geometry_view:0002.50.0021.50.0020.0020.002onen由命令可以看出，模型区域是2.50.0021.5(m)的一个三维区域，离散化步长为0.002m,其中PML吸收边界默认为十个步长值，时间窗为12ns，设置了一个材料：相对介电常数为5的沙子，系统内置金属材料因此不必设置。图2-4雷克子波关于天线方面，收发天线均为点源，发射信号为1.5MHz的雷克子波，如图2-4所示，是探地雷达常用的脉冲信号，收发天线在同一位置，同时向前移动，步长
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于共中心点道集约束的探地雷达波阻抗反演[J]. 戴前伟,宁晓斌,张彬. 煤田地质与勘探. 2020(03)
[2]高密度电阻率法和探地雷达在北京市延庆区泥石流灾害勘查中的应用[J]. 李英宾,张占彬,宋振涛,李毅,孙永彬,张伟. 矿产勘查. 2020(04)
[3]基于马氏距离模板特征的地雷目标识别研究[J]. 王成浩,程丹丹. 物探与化探. 2019(04)
[4]探地雷达在水下考古中的机遇与挑战[J]. 赵永辉,毕文达,安聪,覃谭,胡书凡. 中国港口. 2019(S1)
[5]小波变换与SVD结合消除随机噪声的研究及应用[J]. 宋林. 物探化探计算技术. 2018(06)
[6]探地雷达信号杂波抑制[J]. 郑俊,刘婉萍,马念茹,陈晓亮. 电子测量技术. 2018(21)
[7]探地雷达在道路结构层厚度检测中的应用[J]. 胡艳杰,余湘娟,高磊,韩学武,邢欢欢. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(04)
[8]低频探地雷达探测冻土带天然气水合物正演模拟研究[J]. 白大为,杜炳锐,方慧,张鹏辉,仇根根,裴发根,何梅兴. 物探与化探. 2017(06)
[9]地质雷达探测技术在水工隧洞检测中的应用[J]. 李焱,邹晨阳. 江西水利科技. 2017(05)
[10]基于信息熵特征的超宽带探地雷达快速BP成像算法[J]. 程生见,欧阳缮,廖桂生. 桂林电子科技大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]探月雷达方法技术研究及嫦娥三号雷达数据解释[D]. 张领.吉林大学 2019
[2]探地雷达信号分辨率提高方法研究[D]. 张丽丽.吉林大学 2012
[3]探地雷达成像技术研究[D]. 周琳.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]车载GPR数据合成孔径聚焦成像技术研究[D]. 熊洪强.西南交通大学 2018
[2]探地雷达信号预处理及成像技术[D]. 王亚梁.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于HOUGH变换的林木根系探地雷达图像处理与波速估计[D]. 杨鑫.东北林业大学 2014
[4]探地雷达中的逆时偏移及速度估计[D]. 张彬.中南大学 2010
[5]有耗色散地质介质中的GPR脉冲传播研究[D]. 李庆伟.成都理工大学 2008
[6]有限差分法探地雷达波动方程偏移[D]. 李广场.河海大学 2004
本文编号：2913425
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