步进频探地雷达信号处理技术研究

发布时间：2021-06-13 18:02

　　探地雷达以无损、快速等探测特点广泛应用在各领域,而步进频探地雷达可以合成较大的带宽,使其具有高分辨率和良好的探测深度,在浅地层小目标探测方面有较大的应用前景。本文以步进频雷达探测浅层地下目标为应用背景,针对地下目标回波中的杂波干扰问题进行了研究。综述了探地雷达的基本理论,介绍了距离像的工作原理以及目标特性的回波形式。基于均值法、PCA和线性预测三个常见杂波算法,提出了抑制杂波干扰的主分量分析和双向线性预测组合方法。依据目标物在二维回波原始数据中的双曲线特征,通过hough转换、图像的边沿测定,提取并检测了目标的双曲线特征。实验结果表明,本文提出的方法能够有效抑制杂波,增强了目标曲线的特征,可以从提取的曲线特征实现目标的有效检测。在步进频探地雷达的信号研究的基础上,通过对实际测量数据进行处理,实验结果表明,所提的方法能够有效地对杂波进行抑制,同时在相比于BP成像算法,对双曲线的提取能够快速有效的对目标进行检测,满足地下目标检测的需求。 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

探地雷达的简要框图

杭州电子科技大学硕士学位论文13图2.2探地雷达系统类型图2.2展示的是在时域和频域中不同类别的探地雷达系统。时域GPR有两大类，一个是幅度调制，另一个是无载波脉冲式。振幅调制的雷达系统就是用载波承载需要发射的脉冲频率，在特性分析上等价于载频信号被包络调幅。因此此类GPR为了获得较大的深度分辨率，就须要发出的脉冲的脉宽足够的窄，而目前单周期的中心频率可以实现从兆赫兹到及赫兹范围的单周期波形。2.2.1冲激式探地雷达最直观方便的发射波形就是窄带矩形脉冲，图2.3展示的是时间域上的GPR设计。现如今最常用的短波脉冲波形是Richer小波，其数学分析上可表示为：)12(2)(22222ataedtedtpatat（2.17）其中，a是一个常量值影响小波的脉冲宽度和幅度大校图2.3时域GPR的架构时域GPR设备在考虑设计的时候，天线的工作频率以及系统信道带宽是一个很重要的性能参数指标，这与所设计的应用领域有非常多的关联性。频率选择需要考虑的因素有：地下埋藏物的大小尺寸、要达到的预期深度分辨率、最大的探测埋藏广度以及探测环境中的土壤属性。表2.5所示的是对于不同的埋藏物的深度、探测时所需的脉冲时宽、频率和分辨率彼此之间的关联性。

杭州电子科技大学硕士学位论文13图2.2探地雷达系统类型图2.2展示的是在时域和频域中不同类别的探地雷达系统。时域GPR有两大类，一个是幅度调制，另一个是无载波脉冲式。振幅调制的雷达系统就是用载波承载需要发射的脉冲频率，在特性分析上等价于载频信号被包络调幅。因此此类GPR为了获得较大的深度分辨率，就须要发出的脉冲的脉宽足够的窄，而目前单周期的中心频率可以实现从兆赫兹到及赫兹范围的单周期波形。2.2.1冲激式探地雷达最直观方便的发射波形就是窄带矩形脉冲，图2.3展示的是时间域上的GPR设计。现如今最常用的短波脉冲波形是Richer小波，其数学分析上可表示为：)12(2)(22222ataedtedtpatat（2.17）其中，a是一个常量值影响小波的脉冲宽度和幅度大校图2.3时域GPR的架构时域GPR设备在考虑设计的时候，天线的工作频率以及系统信道带宽是一个很重要的性能参数指标，这与所设计的应用领域有非常多的关联性。频率选择需要考虑的因素有：地下埋藏物的大小尺寸、要达到的预期深度分辨率、最大的探测埋藏广度以及探测环境中的土壤属性。表2.5所示的是对于不同的埋藏物的深度、探测时所需的脉冲时宽、频率和分辨率彼此之间的关联性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于雷达信号特征点提取的结构物埋深估算方法[J]. 高永涛,徐俊,王艳辉,张院生,谢健阳.  工程科学学报. 2016(12)
[2]一种新的基于极坐标格式的快速后向投影算法[J]. 杨泽民,孙光才,吴玉峰,邢孟道.  电子与信息学报. 2014(03)
[3]探地雷达对两层介质中目标的快速后向投影成像方法[J]. 雷文太,曾胜,赵健,柳建新.  电子与信息学报. 2012(05)
[4]任意孔径的快速后向投影成像算法[J]. 李杨寰,王玉明,金添,周智敏.  系统工程与电子技术. 2011(07)
[5]基于主成分自动选择准则的探地雷达杂波抑制[J]. 申家全,闫怀志,胡昌振.  电波科学学报. 2010(01)

博士论文
[1]探地雷达成像技术研究[D]. 周琳.国防科学技术大学 2012
[2]浅埋地层探地雷达信号处理与目标识别研究[D]. 高翔.中国海洋大学 2011
[3]合成孔径探地雷达探测浅埋小目标的信号处理算法研究[D]. 胡进峰.电子科技大学 2005

硕士论文
[1]一种用于探地雷达空洞数据预处理的Shearlet自适应阈值函数滤波方法[D]. 郑俊.长安大学 2019
[2]基于探地雷达的煤岩界面识别技术研究[D]. 杨光照.中国矿业大学 2019
[3]探地雷达信号的采集软件设计与去噪方法研究[D]. 梁道轩.大连海事大学 2018
[4]浅埋小目标的探地雷达信号处理算法研究[D]. 林志强.国防科学技术大学 2015
[5]探地雷达信号处理的研究与应用[D]. 杨廷怡.电子科技大学 2014



本文编号：3228039