基于全波反演的自聚焦技术研究
发布时间：2022-12-04 02:17
探地雷达（Ground Penetrating Radar,GPR）自20世纪初出现雏形发展至今,已有百年历史。它利用电磁波对地下目标和介质结构进行无损探测,具有探测速度快、穿透能力强、分辨率高的特点,是一种广泛应用的无损探测技术。随着硬件技术与数据处理手段的日益发展,探地雷达数据解译技术已逐步由近似、定性的解译转向精确、定量的分析处理。由于探地雷达一般工作于复杂的介质环境中,数据处理所需的介质参数（如电磁波速）具有不确定性,给雷达成像处理和数据解译带来不小困难。实现不依赖介质参数的自聚焦处理一直是探地雷达数据解译的一个难点问题,也是限制诸多处理算法从实验室条件走向实用的重要因素。在探地雷达的诸多应用中,对具备圆柱状何外形的地下目标进行探测是一个备受关注的课题,因为这类目标代表了诸如管线、钢筋、隧道等大量的人造物体,对于市政建设、交通、安防、环境等领域具有实用价值,如何精确、定量地从探地雷达探测数据中提取地下圆柱体目标的几何和物理属性信息,是具备实用价值和研究价值的热点问题。基于这一应用背景,本文研究了基于精确电磁正演的全波反演技术在探地雷达自聚焦中的应用。首先,本文实现了表层探地雷达...
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的背景及其意义
1.1.1 探地雷达数据处理自聚焦的意义
1.1.2 应用背景需求-圆柱体目标估计
1.2 课题的国内外研究现状
1.2.1 全波反演技术
1.2.2 地下圆柱体目标估计问题
1.3 本文的内容和组织结构
第二章 基础理论
2.1 介质中的电磁波传播
2.2 基于射线近似的反演
2.2.1 利用初至时间反演
2.2.2 第一周期幅度反演
2.3 全波反演方法
2.3.1 数据预处理要求
2.3.2 数据预处理与初始模型
2.3.3 数据降维(3D到2D)
2.3.4 正演问题
2.3.5 振源子波估计
2.3.6 反演算法
2.4 SCE全局优化算法
2.4.1 SCE
2.4.2 CCE
2.5 小结
第三章 表层探地雷达数据全波反演
3.1 GPR共偏移采样模型
3.2 回波路径分析与直径估计
3.2.1 收发共置天线模型
3.2.2 收发分置天线模型
3.2.3 两种天线模型的关系
3.2.4 基于射线追踪技术的圆柱体直径估计
3.2.5 基于射线分析的地下圆柱体估计局限性
3.3 基于全波反演圆柱体估计
3.3.1 构建模型
3.3.2 电磁正演模型
3.3.3 并行全波反演加速技术
3.3.4 频域全波反演
3.4 实验结果分析
3.4.1 数值仿真实验模型
3.4.2 数据预处理要求
3.4.3 全波反演
3.5 其他反演示例
3.5.1 细柱目标反演
3.5.2 球状目标反演
3.6 小结
第四章 包含振源子波的全波反演
4.1 振源子波估计
4.1.1 振源子波估计
4.1.2 基于反卷积方法的振源子波估计
4.1.3 振源子波波形优化
4.2 振源子波优化
4.2.1 相位因子和幅度因子
4.2.2 相位与幅度优化
4.2.3 收敛性判断
4.2.4 模型参数同步优化
4.3 仿真数据全波反演
4.3.1 场景仿真
4.3.2 反演结果
4.3.3 收敛性分析
4.4 实测数据
4.4.1 外场实验数据描述
4.4.2 实测数据反演
4.4.3 稳定性分析
4.5 小结
第五章 线性相位因子与基于全波反演的目标属性识别
5.1 线性相位优化
5.1.1 线性相位因子
5.2 基于线性相位补偿的全波反演
5.2.1 线性相位补偿与固定相位补偿对比
5.2.2 复合相位补偿方法
5.3 圆柱目标属性识别
5.3.1 仿真建模
5.3.2 数据分析
5.3.3 圆柱体属性识别
5.3.4 有效的振源子波估计
5.4 基于神经网络的探地雷达数据反演
5.4.1 网络构建
5.4.2 数值测试
5.4.3 基于神经网络的反演方法问题分析
5.5 小结
第六章 结论与展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]表层穿透雷达递归反向投影成像算法[J]. 雷文太,粟毅,黄春琳. 电子学报. 2005(12)
[2]工程地质勘察与岩土工程技术发展现状与展望[J]. 郭书泰. 探矿工程(岩土钻掘工程). 1999(01)
博士论文
[1]探地雷达三维高分辨成像与树根参数估计[D]. 朱世平.国防科学技术大学 2015
[2]探地雷达高辐射效率天线与目标检测[D]. 王建.国防科学技术大学 2013
[3]GPR天线和目标的电磁特性分析及数据解译方法研究[D]. 刘立业.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]反向投影穿透成像的自聚焦理论与实验研究[D]. 刘涛.国防科学技术大学 2013
本文编号：3707420
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的背景及其意义
1.1.1 探地雷达数据处理自聚焦的意义
1.1.2 应用背景需求-圆柱体目标估计
1.2 课题的国内外研究现状
1.2.1 全波反演技术
1.2.2 地下圆柱体目标估计问题
1.3 本文的内容和组织结构
第二章 基础理论
2.1 介质中的电磁波传播
2.2 基于射线近似的反演
2.2.1 利用初至时间反演
2.2.2 第一周期幅度反演
2.3 全波反演方法
2.3.1 数据预处理要求
2.3.2 数据预处理与初始模型
2.3.3 数据降维(3D到2D)
2.3.4 正演问题
2.3.5 振源子波估计
2.3.6 反演算法
2.4 SCE全局优化算法
2.4.1 SCE
2.4.2 CCE
2.5 小结
第三章 表层探地雷达数据全波反演
3.1 GPR共偏移采样模型
3.2 回波路径分析与直径估计
3.2.1 收发共置天线模型
3.2.2 收发分置天线模型
3.2.3 两种天线模型的关系
3.2.4 基于射线追踪技术的圆柱体直径估计
3.2.5 基于射线分析的地下圆柱体估计局限性
3.3 基于全波反演圆柱体估计
3.3.1 构建模型
3.3.2 电磁正演模型
3.3.3 并行全波反演加速技术
3.3.4 频域全波反演
3.4 实验结果分析
3.4.1 数值仿真实验模型
3.4.2 数据预处理要求
3.4.3 全波反演
3.5 其他反演示例
3.5.1 细柱目标反演
3.5.2 球状目标反演
3.6 小结
第四章 包含振源子波的全波反演
4.1 振源子波估计
4.1.1 振源子波估计
4.1.2 基于反卷积方法的振源子波估计
4.1.3 振源子波波形优化
4.2 振源子波优化
4.2.1 相位因子和幅度因子
4.2.2 相位与幅度优化
4.2.3 收敛性判断
4.2.4 模型参数同步优化
4.3 仿真数据全波反演
4.3.1 场景仿真
4.3.2 反演结果
4.3.3 收敛性分析
4.4 实测数据
4.4.1 外场实验数据描述
4.4.2 实测数据反演
4.4.3 稳定性分析
4.5 小结
第五章 线性相位因子与基于全波反演的目标属性识别
5.1 线性相位优化
5.1.1 线性相位因子
5.2 基于线性相位补偿的全波反演
5.2.1 线性相位补偿与固定相位补偿对比
5.2.2 复合相位补偿方法
5.3 圆柱目标属性识别
5.3.1 仿真建模
5.3.2 数据分析
5.3.3 圆柱体属性识别
5.3.4 有效的振源子波估计
5.4 基于神经网络的探地雷达数据反演
5.4.1 网络构建
5.4.2 数值测试
5.4.3 基于神经网络的反演方法问题分析
5.5 小结
第六章 结论与展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]表层穿透雷达递归反向投影成像算法[J]. 雷文太,粟毅,黄春琳. 电子学报. 2005(12)
[2]工程地质勘察与岩土工程技术发展现状与展望[J]. 郭书泰. 探矿工程(岩土钻掘工程). 1999(01)
博士论文
[1]探地雷达三维高分辨成像与树根参数估计[D]. 朱世平.国防科学技术大学 2015
[2]探地雷达高辐射效率天线与目标检测[D]. 王建.国防科学技术大学 2013
[3]GPR天线和目标的电磁特性分析及数据解译方法研究[D]. 刘立业.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]反向投影穿透成像的自聚焦理论与实验研究[D]. 刘涛.国防科学技术大学 2013
本文编号：3707420
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3707420.html
